浅埋大跨洞桩隧道变形监测与控制分析

针对采用洞桩法施工的北京地铁10号线工体北路站,介绍了浅埋大跨洞桩隧道的变形监测与控制措施。根据监测数据,对洞桩法隧道导洞开挖,主体扣拱的拱顶沉降与洞周收敛以及地表和上部立交桥基础的沉降变形规律进行了分析研究。结果表明：1)采用洞桩施工方法能有效控制浅埋大跨隧道地表沉降和地层变形;2)隧道埋深和跨度、导洞开挖对浅埋大跨洞桩隧道变形影响显著;3)设置超前小导管注浆,及时施作初期支护和二衬,可以有效的控制变形的发展。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

地铁交叉隧道地层变形分析

以北京地铁五号线东单站近距离上穿既有线东单-王府井区间为例,采用FLAC3D非线性大变形程序对交叉隧道采用浅埋暗挖四步台阶法进行新隧道施工引起的地层变形进行了三维数值模拟,再现了土体随开挖位移及应力变化规律,对既有隧道开挖位移分布模式及受车站开挖变化规律、地表与拱顶沉降规律对比、各地层竖向沉降规律,并与现场试验断面的实测数据对比分析,验证了结果的可靠性.     

城仔山隧道机械化双侧壁导坑法数值模拟研究

侧壁导坑法已成为保障隧道开挖过程中控制地层位移和减小地表沉降的一种重要方法。论文利用FLAC 3D数值模拟软件模拟了分部开挖、超前支护施作、洞身支护施作等施工过程下的隧道掘进过程,研究了城仔山单洞4车道分离式隧道双侧壁导坑法工况下的施工安全性。     

浅埋暗挖隧道开挖方式对地层扰动优化分析

浅埋暗挖进洞区段开挖引起的地层扰动是整个隧道工程安全施工的关键之一。本文以深圳市东部过境高速公路接线工程为背景,通过对五种不同开挖方式下地表位移、洞周位移、开挖面稳定、塑性区分布、衬砌最大主应力分布的三维数值分析,评估了各种开挖方式对地层扰动的控制效果,并论述了单侧壁导洞法和CD法开挖的合理最佳未支护间距范围。研究表明:强风化~全风化围岩地层中,浅埋暗挖必须采用设置中隔墙的分步开挖方式,未支护间距在0.25D~0.5D时,单侧壁导洞法可有效代替CD法以简化施工。     

暗挖隧道穿越杂填土地层数值模拟研究

以西安市地铁8号线某标段暗挖隧道为背景,采用FLAC3D软件建立暗挖隧道穿越杂填土地层三维数值计算模型,并分析了围岩应力和变形、衬砌结构应力和变形以及地表变形特性。研究结果表明,围岩应力呈层状分布,埋深越大应力越大,在隧道洞径约1倍范围内区域为隧道开挖扰动区;暗挖隧道开挖时,围岩影响范围和变形逐渐增大并趋于稳定;衬砌结构两侧壁以及拱顶有应力集中和扩散现象,表现为压应力和拉应力。隧道侧壁水平变形最大,竖向变形拱顶表现为沉降,拱底表现为隆起;隧道中轴线处地表水平变形为零,呈中心对称分布;隧道中轴线处地表竖向变形最大,呈轴对称分布。相关结论可为类似暗挖隧道施工提供参考。     

浅埋大跨度隧道施工过程地表沉降变形特征研究

 结合青州至临沭高速公路穆陵关隧道,对浅埋三车道大跨度隧道施工引起的地表沉降变形特征进行现场监测,探讨浅埋大跨度隧道的开挖方式,分析采用三台阶七步平行线流水开挖引起的隧道地表沉降变形特征。通过现场试验研究发现,在浅埋大跨度隧道管棚施过程中和开挖到达掌子面前方时,地表已经发生先行沉降位移。采用三台阶七步开挖法,影响隧道中心附近地表变形的关键步序分别为上、中台阶开挖以及下台阶和仰拱施做,处于左右洞之间的地表变形受到左右洞两次施工干扰,大于左右洞外侧变形。掌子面施工对地表沉降变形影响范围主要集中在掌子面之后的1倍洞径(D)范围内,距掌子面1D距离之后,其变形逐渐变缓,最终地表沉降变形分布呈现整体向优先开挖一侧的偏态性。采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟隧道的施工过程,研究隧道地表沉降变形特征,其结果与现场监测所得结果具有较好的拟合性,所得结论对其他类似工程具有重要的借鉴意义。     

地铁施工对邻近建筑物和地表变形影响的分析

根据沈阳地铁中街站大跨度隧道洞桩法开挖施工过程中引起地表沉降变形的现场跟踪监测数据,分析得出隧道开挖过程影响地表沉降变形的特征和规律。结果表明:对地层土体扰动较大、明显影响地表沉降变形的步序分别是小导洞开挖和初衬扣拱施工阶段,约占最终沉降量的70%,而其他步序影响较小,因此控制小导洞开挖和初衬扣拱施工阶段的地表沉降是工程关键。分析还表明,施工前对拱顶上部地层及建筑物基础围岩进行注浆加固,可显著减小地表和建筑物的沉降变形。     

软弱围岩偏压连拱隧道正洞合理施工布局研究

浅埋偏压连拱隧道左右洞的施工顺序和布局对围岩稳定和支护受力影响较大,为了明确浅埋偏压连拱隧道合理施工顺序,本文依托广东省南山路连拱隧道工程,结合现场监测以及数值模拟方法,研究了软弱围岩浅埋偏压连拱隧道左右正洞不同开挖布局时初期支护受力变形规律。通过建立数值模型对先开挖浅埋侧正洞和先开挖深埋侧正洞两种分案下的拱顶沉降、初期支护受力、塑性区分布、中隔墙水平侧向位移及受力等模拟结果的分析,得出:(1)不管采用哪种开挖顺序,先行洞的拱顶沉降均小于后行洞的拱顶沉降;(2)后行洞上台阶开挖后为中隔墙倾斜最为严重阶段,隧道施工完成后中隔墙向浅埋侧倾斜;(3)先行洞的初期支护整体受力较大,后行洞的初期支护受力较小;受力较大的部位一般在先行洞上台阶与中隔墙连接处以及靠近中隔墙侧拱腰处;(4)先开挖浅埋侧正洞方案较优,该方案支护受力变形较小,有利于支护结构的稳定。研究结果指导了现场工程施工,现场监测数据与计算结果较为吻合,研究结论可为类似工程提供参考。     

地铁车站洞桩法施工引起的地层变形及地表沉降预测

为了预测贵阳某地铁车站洞桩法施工引起的地表沉降,采用现场实测数据与数值模拟计算结果对比分析的方法,研究了不同导洞开挖顺序引起的地层变形规律,进一步根据现场实测数据及工程地质条件,依据洞桩法独特的结构形式优化了Peck公式,使其可用于预测砂层地质地铁车站洞桩法施工引起的地表沉降。研究结果表明：“先上后下,先边洞后中洞”开挖方案最优,对地表沉降影响最小;在洞桩法施工过程中,相邻导洞开挖表现出“群洞效应”,导洞开挖及扣拱施作引起的地表沉降量占总地表沉降量的比例为90.4%,其中导洞开挖对地表沉降影响最大;距车站中线-20～20 m范围为地层主要影响区,距车站中线-60～-20 m和20～60 m为地层次要影响区,需要对主要影响区土体采取加固措施;当最大地表沉降量修正系数α和沉降槽宽度修正系数β取值分布在0.44～0.66和1.38～1.69区间时,优化后的Peck公式预测地表沉降量与实测地表沉降量更加吻合。     

地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测

由于变形监测的滞后，在城市地铁隧道施工中所测到的拱顶下沉通常仅为总下沉量的一部分，并且其所占的比例在不同地层条件下具有较大差异。而隧道拱顶的下沉过程及其最终下沉量则是隧道支护设计及地层环境控制的重要基础。通过对深圳地铁一期工程部分区间隧道拱项下沉的回归分析认为，隧道拱项下沉过程遵循指数函数关系，由此可对未量测部分的拱顶下沉量进行预测。通过数值模拟验证了该分析结果的可靠性，并且开挖面前方的超前拱顶下沉量较大。结合隧道开挖应力释放及地下水流失造成的地层失水效应，分析了不同地层条件下拱顶下沉与地表沉降的关系，较好地解释了深圳地铁一期工程建设中拱顶下沉与地表沉降较大而且两者之间呈线性关系的特点，这是由于现场监测滞后以及地层中富水含细砂所致。该成果对城市地铁隧道暗挖施工、支护以及地层环境的控制设计都具有重要的参考价值。     

Surface subsidence induced by twin subway tunnelling in soft ground conditions in Istanbul

Unlike the symmetrical surface settlement trough of a single tunnel which can be described using the Gaussian function, surface settlement over twin tunnels can be symmetric with respect to the mid-point between two tunnels or asymmetric. The paper reports the settlement troughs which developed when earth pressure balance (EPB) machines were used to excavate twin tunnels at shallow depth in the soft ground conditions beneath a developed part of Istanbul. An attempt is made to evaluate the effects of different factors on the surface subsidence. Detailed monitoring was undertaken when one tunnel was advanced ahead of the other and when only one tunnel was being driven. It was found that the shapes of the subsidence troughs over the two tunnels were different and varied with the excavation of the second/subsequent tunnel. It is concluded that changes in the subsidence trough are related to disturbance in the geo-material when an excavation is advanced ahead, as well as the nature and thickness of the overburden.     

隧道开挖过程中地层变形的统计分析

 以70余座浅埋暗挖法修建的隧道的实测数据为基础，对影响地层变形的各种因素进行统计分析，提出浅埋暗挖隧道的最大沉降量计算公式。同时还得到几点地层变形规律，如：最大地表沉降和拱顶下沉值的概率分布近似成正态分布；随着围岩稳定性由好变坏，地表沉降和拱顶下沉值也呈逐渐增大的趋势；隧道跨度为5～10 m时，II，III，V类围岩条件下的最大地表沉降值与上覆土层厚度关系呈凸形状，II，III类围岩的最大拱顶沉降值在埋深25 m范围内随隧道埋深增大而增大；拱顶沉降与地表沉降比值多为0.5～1.5；在埋深小于20 m范围内，沉降槽宽度多为(8～12)R(R为等效半径)。最后对50余座产生塌方隧道的坍落高度和塌方量进行统计，并对影响隧道塌方的主要因素进行分析。该研究成果为隧道进一步的设计、施工提供科学的参考依据，具有重要的实用价值。     

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。     

重叠隧道的施工力学研究

由于地下空间的不断利用，出现了重叠隧道。这种形式布局的隧道在第1孔隧道完成之后，引起了地层内初始应力的变化，而且由于地层中已有一个相邻的已衬砌隧道，地层的刚度条件不再与单孔隧道的垂直轴对称，第2孔隧道的修建又要对已建的第1孔隧道发生影响。应用ANSYS程序对深圳地铁1期工程中的3种典型的重叠断面的计算表明：重叠隧道地表和拱顶下沉及两隧道间土体的稳定难于控制，上面第1孔隧道易发生结构整体下沉。     

基于Trapdoor试验的双线隧道地表沉降预测公式探讨

城市隧道开挖引起的地层扰动不可避免。为了探讨双线隧道间相互影响以及可靠的地表沉降预测方法,利用课题组开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)模型试验装置和钢棒相似土构建二维试验条件,通过沉陷门下沉模拟隧道开挖变形。先通过单Trapdoor试验获取表面沉降曲线,拟合得到单线隧道开挖地面沉降Peck公式参数。再进行双Trapdoor试验,利用单Trapdoor参数叠加得到双线隧道地表变形,并与双Trapdoor模型试验结果进行对比。结果反映,在埋深较大、隧道间距较小的情况下,沉降曲线较早的由双峰形态过渡到单峰形态,从而利用模型试验数据划分了两种形态的大致范围。引入了峰值修正系数和间距影响系数对叠加公式进行修正,建立了基于模型试验数据的双线隧道地表沉降叠加修正公式。     

下穿隧道对既有地铁线路及周边环境影响研究

随着城市地下空间的开发,隧道交叠与穿越案例越来越多,隧道下穿既有线路时往往引发交汇段地表沉降叠加,对既有线路和周边建筑物的安全产生威胁,研究其影响可以有针对性地采取预先加固措施。通过数值模拟试验方法,研究发现当新建隧道下穿既有线路时,后者的衬砌对前者起到了预先加固作用,使得下穿隧道的拱顶沉降比未穿越段较小,但上部隧道的拱顶部位沉降显著加大有必要预先加固。此外先后两次施工的扰动会增大围岩塑性区体积,导致新旧隧道的塑性破坏区相互连通,使得穿越段上方地表的沉降槽仍然表现为显著增大。     

黏质黄土地层高铁隧道变形控制基准研究

黄土隧道具有埋深浅、开挖时变形量大、稳定性差的问题,下穿既有建构筑物时,给地表建构筑物的安全带来巨大的影响,需保证开挖过程中变形在规范规定的范围内。针对黏质黄土地层高铁隧道开挖过程中的拱顶及地表变形规律进行分析,结合现场实测数据的分析,得出黏质黄土地层中隧道的沉降量与埋深及开挖方法有直接关系,相同的埋深下地表沉降与拱顶沉降有着显著的线性关系,其比值与施工方法的相关性不大。进一步得出了基于地表沉降控制要求的黏质黄土地层高铁隧道施工变形控制基准:S_v=[δ]/i_H,可供类似工程进行变形控制提供依据。     

广州地铁某暗挖隧道段基坑监测变形分析

针对广州市地铁某暗挖隧道段基坑的地质情况和施工要求,制定了车站基坑监控量测方案,并对地表下沉,地表建筑物下沉及倾斜,暗挖隧道拱顶下沉,暗挖隧道净空水平收敛,钢拱架钢筋应力及爆破震动效应进行了监测分析,以便及时掌握开挖支护期间结构的稳定性及施工期间对周围环境的影响。     

Analytical prediction for ground movements and liner internal forces induced by shallow tunnels considering non-uniform convergence pattern and ground-liner interaction mechanism

Current studies for tunneling-induced ground movements provide little information on the complex interaction between the tunnel liner and the surrounding soils. In particular, little attention is paid to the internal force analyses for segment liners based on the non-uniform convergence deformation pattern. This paper presents a closed-form analytical solution for the prediction of ground deformation and liner internal forces induced by shallow tunnels in clays. The non-uniform convergence deformation pattern is incorporated as the boundary condition of displacements between the ground and the liner. We investigated the difference between uniform radial and non-uniform convergence deformation patterns on the surface settlements and lateral deformation of soils. In general, good alignment was obtained between the predicted ground deformation caused by the non-uniform convergence model and field observations for tunnels in clays. In addition, the influences of sensitive parameters on the ground movements induced by tunneling were evaluated based on the non-uniform convergence pattern, including the soil and liner properties, the geometric properties of tunnel, the tunnel depth, the excavation gap and other main parameters. Furthermore, these solutions offer a more comprehensive framework for understanding the ground-liner interaction mechanism and the circumferential distribution of internal forces for segment liners. Parametric analyses were used to measure the influences of the lateral earth pressure coefficient on the axial forces and bending moments of tunnel liners. Results are provided on a theoretical basis to estimate the interaction behavior between the tunnel liner and the surrounding soils correctly.