盾构近接高架桥桩施工的地层沉降空间形态研究

为了解盾构近接施工引起地层的非线性变形和沉降空间形态,基于有限差分法对合肥地铁1#线隧道近接城市高架桥桩的盾构推进过程进行了研究,分析了盾构近接桩体施工前后横向、纵向地表非线性沉降变化规律及地层沉降空间分布形态。结果表明,近距双线隧道盾构依次开挖对土体产生扰动以及盾尾空隙引起地层不均匀沉降,由于近接高架桥桩基的影响,其沉降量与盾尾空隙后方距桥桩距离成函数对应关系,相邻隧道开挖引起的地层沉降对沿隧道轴线的地表沉降具有叠加效应。数值模拟实现了隧道地层沉降空间形态等值超曲面图和地表沉降曲面图对地层不均匀沉降等值3D形态的描述。     

双线盾构隧道侧穿既有桥桩影响分析及加固优化

依托广州地铁八号线盾构隧道侧穿华南快速高架桥桩基工程,分别对有无隔离桩支护桥桩的情况建立了有限元数值模型,研究了加固前后地表沉降、桥桩附加轴力、附加弯矩和桩身位移的变化并开展了加固优化设计。结果表明：隔离桩可有效减小既有桥桩垂直于掘进方向的桩顶位移,由于隔离桩的牵引作用,对于桥桩中部位移基本无削减作用,甚至极小地加大其水平位移;隔离桩基本消除平行于掘进方向的桥桩水平位移,对既有桥桩存在一定的遮蔽作用;隔离桩大幅减小了桥桩的附加轴力,大幅减小桥桩垂直盾构方向附加弯矩,对平行盾构方向附加弯矩基本无影响;适当提高隔离桩桩径以及隔离桩与桥桩之间的距离可以有效减小地表沉降,建议将隔离桩设置在离隧道净距为6~8 m内,既能满足规范要求的安全净距,也能较大限度保护既有桥桩。     

盾构施工引起土体位移的数值模拟分析

盾构施工不可避免地对周围土体造成影响,其影响主要表现为引起土体的隆起和沉降。利用FLAC^3D模拟盾构隧道施工对周围土体位移的影响,并计算出竖向位移。考虑了盾构施工过程中的开挖未支护和支护后对土体位移的影响,对比了各施工阶段对土体位移的影响。分析了土体最大位移发生的部位。结果表明,开挖未支护的竖向位移一般表现为土体沉降,开挖支护后的竖向位移一般表现为隆起。土体沉降的最大竖向位移,一般发生在拱顶位置,土体隆起的最大竖向位移,一般发生在拱底位置。     

粉土地层中盾构施工对临近高铁桥桩的影响

针对地铁盾构隧道近接高铁桥桩施工的影响问题,以郑州西区地铁隧道侧穿高铁桥桩为工程背景,对周围土层和桥墩位移进行现场实测,并采用ABAQUS数值模拟软件,对盾构侧穿施工全过程进行动态模拟,研究了土层注浆加固措施对于土层位移及桥桩位移和内力的影响。结果表明:盾构侧穿高铁桥桩会使桥桩在盾构隧道埋深处的桩身产生最大水平位移、弯矩和侧摩阻力;对穿越区域土层先行注浆加固后再进行穿越,可大幅降低盾构施工桥桩的扰动,桥墩最大沉降量降低约72.6%,桩体水平位移、弯矩及侧摩阻力最大值分别降低58.3%、37.6%和23.7%;土层注浆加固施工工艺对桥墩的保护作用明显,说明加固方案可行。现场实测数据与数值模拟结果规律一致,验证了使用ABAQUS模拟盾构施工对高铁桥桩的影响是可靠的。     

地铁隧道开挖过程三维物理模型动态试验研究

据相似材料大比尺三维概念物理模型理论,高仿真度制作了成型盾构隧道地铁站厅隧道开挖试验物理模型。模拟了双盾构隧道之间开挖站厅隧道的全过程,研究了站厅隧道、横通道开挖过程中模型地表沉降,土体的变形,盾构隧道及站厅隧道洞周特征点的位移。模拟并研究了混凝土加固桩对土体位移的影响,总结出土体的动态力学特征和变形规律,得出一些有益的认识和结论。对指导地铁施工、研究在已建成双隧道间拓展开挖站厅空间具有十分重要的意义。     

平行双孔隧道开挖变形三维数值分析

基于Gibson土建立平行双孔隧道的三维实体结构计算模型,考虑衬砌与周围土体的共同作用,并在盾构开挖面处施加表面力以模拟切削刀盘的推进力效应,分析平行双孔隧道同步开挖及不同滞后距离异步开挖时隧道相互作用所引起的周边土体变形及收敛形式。研究表明,平行双孔隧道异步开挖时,滞后距离对超前开挖隧道周围的竖直沉降影响微小,而对后挖隧道断面竖直沉降以及左右隧道水平位移的影响较大;随两隧道间距的增加,开挖时相互的影响会随之减小。     

砂性土地层中盾构穿越高铁桥梁影响分析

结合国内某城市轨道交通盾构隧道侧穿高铁桥梁的工程实例,采用三维数值分析的方法,研究了桥墩位移的特点和桥桩内力的变化。分析盾构侧穿桥桩的影响范围,得出需重点控制桥墩朝向隧道侧的变形、盾构隧道上下土体的沉降和隆起,并就相关控制问题给出相应的处理建议。     

盾构法施工对地层位移影响的数值模拟

隧道地层的初始应力、开挖形成的空间效应和开挖支护过程等都会对地层沉降和水平位移产生影响。文章通过建立反映工程特性的有限元模型,以隧道围岩中过横断面圆心的竖线和不过圆心的竖线为代表,用ELAC3D软件计算了各点的沉降和水平位移随开挖面前进的变化规律。结果表明:盾构法施工过程使开挖面前后的横断面都发生竖直方向和水平方向位移,隧道横断面变成横向长、竖向短的椭圆形,开挖过的断面距开挖面越远,椭圆变形越明显,同时向后的水平位移越大,未开挖面距开挖面越近,椭圆变形越大,同时向前的水平位移越大。     

盾构隧道下穿既有城市隧道施工力学分析

针对合肥地铁1号线盾构下穿南一环下穿隧道工程存在的安全风险,运用 FLAC3D实现了隧道盾构开挖的模拟,分析了盾构推进过程中下穿隧道结构以及在建隧道应力应变分布规律。研究表明：盾构机在监测断面前后20m范围内掘进对下穿结构竖向位移和拱顶沉降影响最大,处于盾构隧道上方及中心线上的监测点沉降变形较大;下穿隧道的底板南北侧出现拉应力,拉应力最大值达到1.088MPa。开挖结束,盾构隧洞周围土体最大隆起位移为6.22mm,最大沉降为4.96mm;最终两个隧洞周围土体位移分布规律基本一致。拱顶沉降随开挖的变化规律与监测点相似。根据模拟结果提出的施工防护措施有效,沉降实测值均在预警值以下,模拟结果与实测结果规律基本一致,模拟效果较好。     

下穿地铁深基坑开挖影响的监测分析

临近地铁隧道的软土深基坑开挖时,若不能严格控制基坑施工效应,既有盾构隧道易出现损坏.在杭州市萧山区彩虹大道(工人路-市心路)B标段深基坑工程开挖过程中,对基坑下穿地铁隧道受影响范围内的隧道位移、收敛等进行监测,同时开展基坑地下连续墙与土体深层水平位移、地下水位、支撑轴力、地表和周边建筑物沉降、基坑围护墙顶与立柱沉降的监测工作.数据分析结果表明:基坑开挖对下穿隧道的影响以竖向位移为主,对水平位移和收敛变形影响较小;地下连续墙深层墙体水平位移与深层土体水平位移有明显的相关性,可用墙体水平位移代替土体水平位移;基坑地下水位的变化趋势与周边建筑物沉降变化趋势相同,开挖期间需密切关注地下水位的变化;基坑隆起是导致支撑轴力出现负值的主要原因,当支撑轴力出现负值时应高度关注坑底隆起和地表下陷.     

有限区域盾构隧道土体位移解析计算

针对既有地下结构形成的有限区域,研究盾构隧道施工引起土体位移的解析计算方法.根据有限区域盾构隧道施工引起土体位移的分布特征,从有限区域土体位移分布基本特征出发,基于半无限空间盾构隧道土体位移解析解,通过引入广义土体损失和应力边界条件,推导得到一种可以计算有限区域盾构隧道土体位移的解析计算方法,并通过一则工程实例对该方法的有效性进行验证.计算结果表明,有限区域盾构隧道土体位移小于半无限空间盾构隧道土体位移,但两种情况下的土体位移分布形状基本相同.对于有限区域盾构隧道土体位移,和半无限空间解析解相比,本文解析计算方法得出的结果更接近工程实测数据,对计算有限区域盾构隧道土体位移问题更有效.     

影响盾构隧道地表沉降的多因素分析

软土中盾构施工安全一直是工程界关注的重点问题,其研究涉及水-土-结构相互作用以及由于加固引起的土体属性变化等诸多方面。基于渗流-应力耦合理论,在ABAQUS平台上通过二次开发实现盾构开挖过程中土体渗透特性的演化和注浆材料弹性模量及渗透系数的时变性,研究不同埋深、不同地下水位、不同土体特性对盾构隧道地表沉降的影响。研究结果表明:在软土地区,盾构开挖过程中注浆材料弹性模量和渗透系数的时变性对地表沉降影响较大,而土体渗透系数随应变的演化对地表沉降影响不大;隧道埋深、地下水及土体特性均影响开挖对地表的扰动,且土体弹性模量相对影响最大。     

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

基于数值模拟的深基坑支护设计

利用Midas GTS数值模拟软件,对某深基坑工程建立二维几何模型,模拟其开挖施工过程。利用模拟计算结果,对基坑稳定性进行分析,对开挖过程中土体水平位移和竖直位移的变化情况进行分析,并对土体水平位移和沉降情况进行总结。     

盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平位移研究

采用两段法研究了盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平变形特性,在第1阶段改进了Loganathan公式,求得盾构隧道以任意角度下穿管道施工引起的管道轴线处土体水平位移,第2阶段采用Vlasov模型模拟管土相互作用,并求得管道水平位移解析解。通过与工程监测数据及有限元计算结果的对比,验证了方法的正确性,并进一步分析了管道与隧道夹角、管道直径以及隧道埋深对管道变形的影响。结果表明：盾构隧道斜下穿管道施工时,隧道与管道相交角度的大小对管道水平位移造成的影响显著,随着夹角的减小,管道的水平位移逐渐增加;当管道与隧道相交角度较小时,盾构隧道开挖引起的管道水平位移相对管道竖向沉降不可被忽略;随着管道直径的增大、隧道埋深的增加,盾构隧道斜交下穿管道施工引起的邻近管道变形均减弱。     

隧道盾构施工地表沉降规律模拟研究

隧道盾构施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制,是隧道工程领域重要的研究课题之一.为准确预测盾构隧道施工所引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施,采用150室内模型试验和FLAC3D数值分析软件,在模型隧道纵、横向设置位移监测点,监测地面沉降随开挖过程的变化规律.结果表明:沉降量随隧道深度的增加而减小,随掘进的进行而增加;横向沉降量在隧道正上方最大,沿两侧递减,深度越小收敛越快,沉降槽越小;纵向沉降量沿隧道开挖方向沉降值逐渐减小.两种试验模拟的结果较为接近,可以保证所获得的盾构隧道施工引起的地面沉降规律的正确性.     

地铁盾构施工地层变形预测及数值分析

以某城市地铁在建盾构隧道为研究对象,借助数值仿真建立了三维盾构施工有限差分计算模型,给出了盾构施工引起的地层变形三维地层损失预测方法,并对盾构施工地层竖向变形及水平变形计算结果进行对比分析.结果表明,隧道横向地层变形接近"V"形分布,形成的地表沉降槽宽度约为6倍隧道直径;盾构前方土体产生隆起,开挖面后方表现为沉降,沿盾构掘进方向近似呈倒"S"形,并在开挖面前后3倍直径以外逐渐趋于稳定;地层水平变形左右两侧反对称,距隧道中心约1倍直径处地层水平变形值最大,6倍直径以外地层水平变形基本不受施工影响;随着埋深的增加,地层水平变形值减小,隧道拱腰上下一定范围土体向洞外移动.所得结论对城市地铁盾构隧道设计与施工变形控制有指导意义.     

南宁第三系泥岩深基坑开挖对紧邻地铁隧道影响

以南宁华丰城深基坑工程施工为基础,考虑土体弹塑性及土体与结构的相互作用,运用有限元软件Ｍｉｄａｓ分析了深基坑开挖对邻近既有轨道交通１号线区间隧道的影响。计算结果表明,在基坑开挖阶段,隧道的位移以向上的竖向位移为主,向坑内的水平位移略小,开挖到基坑底时达到最大值,水平方向为７.９６ｍｍ,竖直方向为８.６９ｍｍ;回填阶段改变位移方向,回填完成时达到最大值,水平方向为４.６１ｍｍ,竖直方向为９.７０ｍｍ。南宁华丰城深基坑工程施工引起的隧道裂缝宽度均小于地铁隧道变形控制标准１０.００ｍｍ的要求。     

盾构隧道施工对某高架桥桩基影响分析

针对盾构隧道下穿城市高架对高架桥影响问题,运用 FLAC3D数值分析软件模拟盾构动态施工过程对高架桥桩基的影响。数值模拟结果显示盾构施工对高架桥桩基的影响主要表现在桩体的竖向和水平位移上,对桩体水平位移的影响要大于竖向位移;对桩体水平位移影响在桩顶较大,随着桩体深度增加桩体水平位移逐渐变小。     

盾构隧道下穿高铁路基变形分析及影响因素研究

为研究地铁盾构隧道下穿高铁路基时的变形规律及其影响因素，以西安市实际工程为背景，建立三维数值模型，分析地铁盾构隧道下穿既有高铁路基时高铁路基位移、道床位移等因素的变化规律。同时，利用正交试验研究隧道开挖间距、隧道下穿角度等因素对高铁路基的影响。结果表明：盾构隧道施工完成后，路基和道床的最大竖向位移分别为9.18、7.43 mm；路基土体横向最大位移不同方向分别为0.24、-0.29 mm；道床最大位移不同方向分别为0.17、-0.13 mm。此外，竖向净距对既有高铁路基与高铁路基道床竖向变形影响最大；下穿角度对既有高铁路基道床横向变形影响最大。