盾构隧道正交下穿施工对既有隧道影响的模型试验与数值模拟

在城市地铁工程中,经常出现新建隧道施工近接既有隧道的情况,包括隧道水平、竖直和倾斜平行以及上下正交和斜交等,新隧道的掘进不可避免地对既有隧道产生影响。本文针对盾构法新建正交下穿隧道,以广州地铁3号线大塘-沥滘区间盾构隧道为背景,采用室内相似模型试验和三维有限元数值计算相结合的手段,引入横向和纵向等效刚度折减系数,对盾构隧道正交下穿施工所引起的既有隧道纵向变位、纵向附加轴力和弯矩、横向变形、横向附加轴力和弯矩进行深入研究,得到围岩条件、隧道净距、顶推力等因素作用下盾构隧道正交下穿施工所引起的既有隧道的变形和附加内力分布变化规律。     

基于流固耦合的水底隧道全断面注浆力学分析

全断面帷幕注浆加固围岩是水底隧道穿越断层破碎带、海底风化槽等高渗透性岩体常采用的辅助工法。帷幕注浆的主要目的是加固围岩,改善围岩的物理力学性质,降低围岩渗透系数。本文在对注浆加固机理及注浆参数选取研究的基础上,采用三维有限差分FLAC3D数值模拟手段,基于流固耦合的力学模型研究注浆加固圈厚度及渗透系数对围岩稳定性、渗流规律、支护结构受力的影响。研究结果表明:水底隧道洞室开挖对初始渗流场的改变程度及范围与注浆圈渗透系数有直接关系,通过有效注浆不但起到限排堵水的作用,还起到降低地下水渗透体积力、约束位移的作用。     

成都地铁一号线盾构机下穿万福桥数值模拟分析

成都地铁一号线将穿越府河,地下水的存在会对盾构隧道产生重要影响,同时高水压下掘进隧道也会改变既有结构内力分布.选取盾构机过万福桥典型断面,采用三维数值模拟方法,针对考虑耦合效应和只考虑水压力的两种工况,分析了两种工况作用下管片衬砌的内力分布规律,并研究了盾构机掘进对桥梁结构的影响.研究表明考虑耦合效应的管片结构具有更不利的内力分布,盾构机在通过府河时需提前进行基础处理.     

考虑施工过程的土压平衡式盾构隧道掘进数值分析

研究目的:通过建立三维有限元模型,对土压平衡式盾构隧道掘进的施工过程进行模拟,模拟中考虑了盾构机作用、盾尾空隙及注浆的影响、后方台车重量等因素,并采用了位移控制的求解方法.该计算模型可以用于探明地表或地中位移的大小和分布情况,以及地层移动随盾构机掘进的动态变化规律.研究结论:盾构掘进时地表沉降主要在盾构机前方1D到盾构机后方2D的范围内产生,随着埋深的增加,地层受盾构机的扰动也大.盾尾空隙的存在是造成地层移动的主要原因.盾构掘削面到达前,地表将沿着盾构机推进方向产生移动,该移动在盾构通过时受地层沉降的影响会先减小后增大,并在隧道建成后出现最终的最大值.     

地铁盾构隧道施工对近接桩基的影响研究

采用三维有限元方法对盾构隧道近接桩基施工进行模拟,分析盾构机动态掘进时既有桩基位移的变化规律.模型中实现了盾构施工过程的步步掘进模拟,采用了接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,并考虑了注浆层硬化的时间过程.计算结果表明,盾构隧道修建时,既有桩基将产生沉降和倾斜,桩基与土体的沉降差导致它们的接触面在地表处产生滑移,桩基顶部向隧道侧挤压,而在另一侧与土体脱离.施工参数的敏感性分析表明,增大顶进力会增大施工期间的桩基倾斜率,但对最终倾斜率影响不大;增大注浆压力则将增大桩基的最终倾斜率.该工作可为类似工程的施工提供参考.     

水底隧道衬砌背后水荷载作用形式及大小研究

随着我国水底隧道的修建,地下水的作用形式及衬砌背后水荷载大小的确定已亟需解决。文章以某水底隧道为工程背景,采用有限差分软件FLAC3D对水-土(岩)分算、水-土(岩)合算、流固耦合地下水封堵、自由排水等四种工况进行分析研究,通过四种工况数值计算结果的比较,得出了一些有价值的结论,可以为设计者提供参考,以优化水底隧道的设计。     

高地应力下隧道结构力学的模型试验研究

随着交通建设不断发展,深埋高地应力条件下的长大隧道的数量越来越多。高地应力对地下工程围岩稳定及支护结构的影响比较显著,隧道主体结构受力特征同一般交通隧道有较大的差别。以高地应力条件下修建的苍岭隧道为研究对象,采用室内模型试验,研究不同应力场下隧道主体结构的实际力学状态及破坏形态,为隧道运营期间主体结构安全监控及工程维护提供基础数据。     

砂卵石地层下伏膨胀岩土盾构隧道结构内力特征

成都地铁二号线区间盾构隧道局部穿过砂卵石下伏膨胀岩土地层,为获得下伏地层膨胀荷载对盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,采用数值方法分析了下伏地层在不同范围发生局部膨胀时对衬砌结构外侧压力的影响.通过现场测试得到了盾尾注浆时和隧道贯通后衬砌结构荷载及内力的分布规律,并与不同膨胀荷载下结构内力的计算结果进行了比较.研究表明:膨胀圈厚度及范围对膨胀后压力增量的影响较小,膨胀力对压力增量的影响较大;局部膨胀荷载的存在将增大管片结构弯矩,对结构受力不利,负弯矩是下伏膨胀岩土地层盾构隧道结构设计的控制因素.计算砂卵石下伏膨胀岩土地层中盾构隧道结构内力时,应考虑膨胀荷载的影响,膨胀荷载可采用数值分析等手段确定.      

膨胀土地层中盾构隧道管片结构受力分析与对策研究

针对成都地铁2号线部分区间穿越由粘性土、卵石、泥岩组成的膨胀性地层的工程实践,采用数值模拟的方法计算和分析了在膨胀土位于管片结构周围不同位置时,在不同的膨胀接触压力下,管片结构的变形和内力情况.计算结果分析表明:当膨胀土位于隧道下方或上方时,膨胀土的膨胀将会增大管片结构的变形和内力,对于这类区段,隧道设计上应增加配筋量或采用通缝拼装方式;施工上要避免引起周围地下水位发生变化,应增强管片防水性及保证注浆质量.     

考虑余震影响的软岩隧道施工期结构力学特性研究

依托处于强震区复杂应力环境中的典型软岩隧道,通过现场实测数据,首先对静力开挖时隧道结构力学特性进行了分析;并以此为基础结合三维数值仿真分析,进一步研究了不同隧道开挖工法以及在不同施工阶段时隧道余震动力响应规律.研究结果表明:在隧道不同开挖工法下,通过比较余震作用产生的隧道位移差、隧道结构与围岩加速度响应、塑性区和初期支...