西安地铁隧道穿越地裂缝带的计算模型探讨

通过对西安地铁隧道穿越地裂缝带的大型物理模型试验成果的分析,提出在地裂缝活动时,穿越地裂缝带的地铁隧道有以下两个方面的变化特征:一是作用于隧道的荷载发生改变;二是在隧道底部产生脱空现象。这种脱空现象无论在整体式隧道还是盾构隧道中都会出现。造成隧道在界面上与土体脱空的原因是隧道和周围地层的变形不协调。脱空区域的大小对地铁隧道的变形与内力计算会产生明显影响。在对隧道变形特征分析的基础上,总结得出了西安地铁穿越地裂缝带隧道变形的4种计算模型:对于整体式长隧道,可以采用一端固定而另一端简支,或一端固定而另一端定向支承的计算模型;对于整体式短隧道,可以采用外伸梁模型;对于盾构隧道,可以采用一端固定而另一端定向支承的计算模型。最后,对脱空条件下隧道数值分析的建模问题进行了讨论。算例分析表明:在数值计算中,对于隧道与土体接触面的界面处理非常关键,否则将造成计算结果的重大误差。     

溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设的影响研究

本研究依托深圳地铁16号线盾构隧道穿越岩溶溶洞工程,采用数值计算分析方法,建立溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设安全影响的力学计算模型,综合考虑岩溶溶洞注浆加固的空间属性,重点研究不同大小的溶洞注浆加固前后对地铁盾构隧道稳定性的影响作用.研究结果表明:随着溶洞高度的增加,盾构隧道开挖受未注浆加固溶洞的影响越来越大;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖,溶洞的注浆加固处理能有效限制盾构隧道在穿越较大直径溶洞时的地表沉降和隧道围岩变形;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖支护,溶洞的注浆加固在改善了围岩塑性区的分布及其受力状态,尤其对于直径较大的溶洞,注浆加固提高了盾构隧道在穿越大型溶洞时的安全性.     

溶洞注浆加固的空间属性对地铁盾构隧道建设安全的影响效应

依托深圳地铁16号线盾构隧道穿越岩溶溶洞工程,采用数值计算分析方法,建立溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设安全影响的力学计算模型,综合考虑岩溶溶洞注浆加固的空间属性,重点研究不同位置溶洞注浆加固前后对地铁盾构隧道稳定性的影响作用。结果表明:随着溶洞与隧道距离的增加,盾构隧道开挖受未注浆加固的溶洞的影响越来越小;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖,溶洞的注浆加固处理可以有效控制地表沉降,在很大程度上降低了隧道围岩的变形量;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖支护,溶洞的注浆加固在一定程度上改善了盾构隧道管片的受力状态,降低了衬砌结构破坏的可能性。     

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。     

考虑不同管片拼装方式的超大直径盾构隧道衬砌受力变形分析

以扬州瘦西湖超大直径盾构隧道为背景,采用有限元法建立能够考虑衬砌块与块、环与环、衬砌与周围土体相互作用的精细化"梁-弹簧"数值计算模型,结合隧道场地条件,计算得到作用于隧道衬砌上的力,采用荷载-结构法计算了错缝和通缝拼装方式下衬砌的内力和变形,分析了不同拼装方式对两者的影响.结果 表明,错缝拼装方式下,衬砌水平位移、竖向位移和角变形均小于通缝拼装方式下的相应值,较通缝拼装分别减少约11.5％、27.7％和26.4％;错缝拼装方式下,衬砌轴力、剪力及弯矩均大于通缝拼装方式下的相应值,较通缝拼装分别增大约19.6％、54.0％和236％;错缝拼装与通缝拼装相比,错缝拼装具有较好的抗变形、防水性能,通缝拼装具有较好的受力、经济性能,考虑到瘦西湖隧道工程投入大、境内水量丰富且变形控制要求高,因此建议选择错缝拼装方式.     

卵石地层中盾构下穿盾构隧道的设备改造及施工控制

依托北京地铁16 号线双线盾构下穿既有地铁4 号线盾构隧道工程, 探讨了卵石地层中地铁盾构施工穿越既有盾构隧道工况下的盾构设计改造, 结合既有隧道沉降监测数据分析了盾构施工参数的调控经验。研究表明: 针对地层特点进行的盾构关键结构设计改造, 可提升盾构掘进、 耐磨、 脱困和防水性能; 既有隧道变形受双线盾构先后穿越施工的二次影响显著, 通过顶推力、 土仓压力等盾构施工参数的及时调整,配合有效的注浆和补浆措施, 可减小穿越施工对既有隧道的影响。     

越江盾构隧道纵向结构分析模型的改进及应用

在盾构隧道等效刚度连续模型中考虑了环缝影响系数的影响,推导了改进模型的力学计算公式,建立了隧道纵向变形曲率及环缝变形与环缝等效刚度之间的关系.利用该模型对上海某越江隧道进行了工程应用分析.根据盾构隧道临界状态的变形界值,初步建立了越江盾构隧道纵向变形曲率半径与环缝张开量间的关系.计算表明:与地铁盾构隧道相比,越江隧道曲率半径的限值要求可适当放宽.越江隧道纵向变形曲率半径小于1.257km时,环缝张开量大于6mm,环缝密封止水措施失效,隧道会出现严重的渗水漏泥现象.越江隧道螺栓极限应力状态相应的环缝张开量为21.00mm,此时环缝连接破环,不能满足隧道的结构性安全要求.     

地面堆载下盾构隧道管片与环缝接头的性状分析

针对地面堆载对隧道管片与环缝接头影响的问题,提出地面堆载对下方隧道管片及环缝接头影响的三维数值分析模型和方法.该方法采用连续体有限元模型分析堆载引起的附加应力,并提取应力调整系数,将盾构隧道每环拼装结构等效为均质圆环、环与环之间采用螺栓连接,进行应力叠加三维荷载-结构分析.减少计算工作量,反映盾构隧道主要纵向特性.应用该方法对杭州地铁1号线隧道管片以及环缝接头在堆载作用下的响应进行分析,与现场监测结果进行对比.结果表明,数值模拟结果与现场结果有着较好的吻合,能够有效揭示隧道管片和环缝接头在堆载作用下的变形和破坏规律.     

盾构软土地层微扰动正穿超高建筑物技术

当盾构隧道从建筑物正下方穿过时,盾构施工常会对上部建筑物产生较大影响,需采取有效措施减小影响。常州地铁1号线要穿越科教城的两所高校,校内建筑物较多,且沉降控制要求较高。从设计、施工两方面探讨盾构微扰动正穿建筑物的措施:控制推进速度、土压力、出土量、同步注浆、二次注浆等参数;采用有效的纠偏、盾尾防漏方法;进行土体改良;注意管片拼装细节,加强监测。实践证明,这些措施达到了预期目的。     

小净距盾构隧道近接侧穿桥桩影响分析

考虑时空效应的盾构隧道下穿既有桥桩的影响特征计算,对盾构工程风险控制研究有着重要意义.以郑州地铁1号线二期区间盾构隧道侧穿既有桥桩为例,利用有限差分软件FLAC3D,按施工过程分析了盾构施工以小净距(0.6倍隧道外径)侧穿桥桩对既有桥桩的影响.结果表明:盾构隧道以小净距侧穿桥桩,在不采取加固保护措施的情况下,盾构施工可安全穿越桥桩.     

盾构过地铁站施工对地表沉降影响的数值模拟

采用FLAC^3D软件，以拟建的广州地铁3^#线典型车站为例，对盾构过站，扩挖成站施工引起的地表沉降规律进行了数值模拟，研究了不同工况盾构双隧道过站施工对地面带来的影响；并在此基础上采取不同加固土体措施情况下，模拟了扩挖建站对地面变形的影响程度．研究结果对盾构直接过站方案是一种技术支持，作为盾构过站施工对地表沉降影响预测的方法，可为我国盾构法技术的扩大应用提供部分理论依据和参考．     

西安地铁隧道穿越饱和软黄土地段的地表沉降监测

以西安地铁一号线朝阳门站—康复路站区段饱和软黄土地铁隧道为研究对象,通过施工期现场地表沉降变形监测,分析了在饱和软黄土特殊地层条件下隧道浅埋暗挖法施工引起的该区段地表沉降变形规律以及地表沉降槽分布特征。结果表明:在饱和软黄土隧道开挖时,随着掌子面的推进,隧道顶地表沉降可分为沉降微小阶段、沉降显著发展阶段、沉降缓慢阶段和沉降稳定阶段; 单线隧道开挖后的最大地表沉降量为18.89 mm,双线隧道开挖后的最大地表沉降量为36.4 mm; 已开挖隧道对围岩土体的扰动作用使得后开挖隧道的地表沉降发展较大; 双线隧道的地表沉降槽宽度接近单线隧道沉降槽宽度的2倍,因此可以将其近似为单线隧道地表沉降槽宽度与双线隧道轴线中点距离之和; 单线隧道开挖后地表沉降槽宽度为8.4～9.3 m,双线隧道开挖后地表沉降槽宽度为16.2～17.5 m; 隧道开挖施工的沉降槽宽度参数为0.435～0.467,单线隧道开挖后的地层损失率为0.765%～1.324%,双线隧道开挖后的地层损失率为1.231%～2.200%。     

列车荷载作用下渗漏隧道的长期非线性固结

为研究列车荷载对地铁周边土体长期非线性固结的影响,以及其与隧道渗漏的共同作用,将列车荷载等效为矩形循环荷载,采用经典的土体非线性固结理论,以及衬砌与土体相对渗透性系数,得出列车荷载作用下局部渗漏隧道的非线性固结解析解.通过本文预测值与上海地铁实测数据的对比,验证了解析解的合理性.分析结果表明:列车荷载加剧了隧道上方地表长期沉降,衬砌渗漏程度越大,沉降增加量越大.本文解析解能较好模拟隧道周边土体的长期固结特性,为预测地铁隧道长期运营导致的地表沉降提供一个较为合理有效的方法.     

黄土地裂缝区地铁隧道暗挖施工塌方机理及处治措施

依托西安地铁3号线近接地裂缝区域的某暗挖隧道施工塌方案例,对引起坍塌的水文地质、施工行为诱因进行了分析。通过离散元软件进一步模拟隧道坍塌过程,发现隧道上部初支结构加速了“力链”的形成。在塌方案例中,通过一系列处治措施保证了土层结构安全,未引发次生灾害。现场监测数据有效地验证了险情处治方案的有效性。研究结果表明：地表降水为塌方重要诱因,软弱地层隧道暗挖时应保证隧道结构尽快成环,并确保底部土体的稳定。     

超近距双线隧道旁穿建筑群的信息化施工风险控制

为减轻双线盾构隧道旁穿引起的建筑物沉降,采用FLAC^3D对不同施工方案的双线隧道旁穿建筑物引起的地层沉降进行数值模拟,对实施的右线隧道变线+左线钢环内支撑+双线花管注浆加固方案的施工参数进行优化,并进行相关的工程实测分析。 结果表明:原方案造成的建筑物差异沉降为26.5 mm,远超其10 mm的控制标准;采用排桩加固或右线变线后左线钢环内支撑和双线花管注浆加固方案均能使建筑物差异沉降满足要求;优化右线盾构参数可减轻对建筑物影响;施工荷载和注浆压力是后行右线影响先行左线受力状态的主要因素,采用实时监测的信息化施工是必要的。超近距离双线盾构顺利旁穿建筑物群,相关结果可为类似工程提供借鉴。     

西安市地裂缝对城市立交的破坏机理及防治措施

论述了西安地裂缝的空间分布规律和活动特点,并对地裂缝给西安市市政基础设施特别是城市立交带来的灾害进行了系统分析。以长安路立交、互助路立交、绕城高速长安南路立交的现场调查资料为依据,分析了地裂缝对城市立交的破坏模式。认为其结构的主要破坏模式为水平张拉和垂直错动。另外对穿越地裂缝的城市立交的减灾措施以及对拟建工程进行地裂缝专项勘察和采取的结构措施等方面进行了探讨。     

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。     

软黏土中盾构掘进地层变形与掘进参数关系

宁波地铁某区间单线隧道穿越地层主要为淤泥质黏土层,上覆地层主要为砂质粉土和淤泥质土.针对2类典型的上覆地层中土压平衡盾构施工,获取了相应的地表沉降监测数据,研究地表沉降与盾构施工过程的相互关系.采用经典高斯经验公式对盾构掘进引起的地表横向沉降曲线和纵向沉降发展曲线进行拟合,得到各监测断面沉降槽宽度ix及沉降槽宽度系数K.采用平移累积高斯沉降曲线对纵向沉降发展曲线进行拟合,获得盾构掘进引起的沿线地层损失率.研究盾构掘进参数取值对地层损失率的影响.结果表明,盾构推力、开挖面支护压力以及盾尾注浆率对地层损失率的影响显著.给出类似地层中各项盾构掘进参数的参考范围.     

基坑端头井联结隧道冻结过程应力应变分析

为分析冻结法对盾构隧道施工过程中的加固作用,以合肥市轨道交通2号线大东门站到达端盾构工程为依托,对无限大区域内单根冻结管稳态温度场公式进行推导,并根据工程实际情况建立了三维数值模型并进行热-力耦合计算。结果表明:冻结帷幕内温度场是以各冻结孔为中心圆形发展,各孔之间出现交圈之后再向四周发散;冻结法加固能显著降低由施工导致的地层沉降,降低幅度最大约为50%,加固效果较好;左线隧道较右线隧道后施工,其管片应力较大,应及时施作衬砌,尽快闭合支护体系,保证施工安全顺利进行。