基于有限元法的地铁隧道下穿既有输水隧洞安全影响研究

新建地铁隧道下穿输水隧洞,会引起既有结构的变形及附加应力,可能影响其运行安全。针对某地铁隧道下穿南水北调输水隧洞进行安全影响评价,通过建立三维有限元模型对施工过程进行仿真分析,预测输水隧洞及地表的沉降,分析不同工况下地铁隧道施工对既有输水隧洞的安全影响,提出地铁隧道下穿输水隧洞的变形控制指标,并结合监测数据进行验证。结果表明:地铁隧道下穿输水隧洞施工主要引起既有输水隧洞轴线方向的不均匀沉降,进而引起输水隧洞的轴线方向附加应力,应控制输水隧洞轴线方向应力不超过允许应力,进而间接确定变形控制指标,必要时可根据计算结果进行加固方案的设计。研究成果对类似穿越工程的设计、施工参数及监控量测控制指标的确定等具有参考价值。     

盾构穿越多条既有隧道施工环境扰动分析

新建盾构穿越多条既有隧道施工是近年不断出现的新型地下空间布置形式。穿越邻近既有隧道过程除了会使地表发生隆沉,还会对已有隧道产生扰动变形影响。建立了针对新建盾构垂直上、下穿现有隧道穿越施工形式的三维弹塑性有限元动力学模型,并进行了全过程仿真分析。并根据一些结果,提出了预测多线盾构隧道施工地表沉降的Peck修正公式。研究表明:当各隧道间的净距处于扰动影响范围内时,盾构掘进对地层产生二次扰动,将对既有隧道产生较大影响。盾构上穿现有隧道时,地面将发生较大变形,且均呈隆起趋势;而下穿现有隧道时,地面将发生较小的变形,现有隧道均呈下沉趋势。研究成果可为工程实际施工建设提供理论支持。     

多线叠交盾构下穿既有隧道数值模拟分析

针对西安地铁15号线某盾构区间隧道近接正交下穿既有地铁2号线区间隧道施工过程中的重难点问题,采用三维非线性有限元分析方法研究四线叠交的复杂工况,考虑盾构不同注浆压力和土仓压力作用下新建隧道的施工对既有隧道变形影响及地表响应规律,对叠交段采取的袖阀管预注浆加固效果进行验证。研究结果表明：距既有隧道中心线2.0～1.6和1.5～3.0倍洞径范围内,隧道沉降量均随注浆压力和土仓压力增大而减小;新建隧道的先左后右顺序施工会造成既有隧道结构产生二次沉降;叠交段地层预加固可使既有隧道和地表沉降最大值分别减小为未加固时的75%和50%,隧道结构变形趋势由未加固时的“W”形变为加固后的“V”形,且沉降量最大位置也发生改变。研究成果可为多线叠交下穿工程的设计和施工提供借鉴。     

大断面水工隧洞下穿既有公路隧道沉降影响分析

针对某大断面水工隧洞下穿双线公路隧道工程,采用理论解方法,综合考虑大断面水工隧洞开挖引起的土层位移影响,提出了一种计算水工隧洞下穿引起上部既有公路隧道沉降位移值的计算方法。结合有限元模拟和实测数据对理论计算方法进行了可靠性验证,分析了既有双线公路隧道沉降影响范围大小及沉降位移规律。研究结果表明:三种方法所得公路隧道沉降曲线相互吻合,近似呈现正态分布,最大沉降值均位于分洪隧洞下穿轴线处;穿越引起的公路隧道下沉区域主要分布在穿越中心点两侧各23 m的范围,而在下沉区域外隧道出现局部的上浮变形;公路隧道总体沉降变形较小,结构稳定安全。     

盾构隧道下穿既有隧道施工影响的数值模拟

为了研究在盾构下穿对既有隧道结构以及地表产生的影响,以南大干线电力隧道下穿广州地 铁２号线工程为研究对象。基于ＡＢＡＱＵＳ有限元软件建立了隧道下穿地铁线路的三维模型,考虑在盾 构支护力以及注浆压力的影响下,探究了新建隧道施工对地表沉降以及既有地铁线路的位移、应力的影 响。结果表明:正交下穿施工过程中既有地铁线路位移主要以纵向沉降为主,对隧道管片轴向应力影响 较大;地表沉降槽并没有因既有结构的存在而发生变化,沉降曲线基本符合正态分布;随着支护应力以 及注浆的增大,既有线路的沉降量会减小,但是地表沉降量并不是单一递减。因此,在盾构施工过程中, 设置合理的掌子面支护力以及注浆压力是保证施工开挖以及既有线路安全的关键,要引起最够的重视。     

软土地区新建盾构隧道下穿越既有隧道的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多.盾构隧道近距离穿越既有隧道的影响问题,比常规盾构施工的研究更为复杂.采用离心模型试验对盾构下穿越对既有隧道以及周围地层的影响进行了研究.选用排液法在离心场中模拟盾构施工,实现了在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆过程,并分析了盾构下穿越施工引...     

小净距黄土隧道错距施工对既有隧道影响的数值模拟分析

近接工程中,新建隧道施工必然会引起既有隧道拱顶应力场和位移场的改变,合理选择并优化小净距双线隧道的施工方式及施工错距等参数,对既有隧道的安全稳定具有重要意义。以新桥双线公路隧道上穿蒙华铁路隧道为工程背景,采用ABAQUS有限元数值模拟方法,分析了新建隧道双线错距开挖施工对既有铁路隧道衬砌结构受力及变形的影响,对既有隧道拱顶沉降、横向位移、拱顶应力变化进行分析,并结合现场监测数据进行对比验证。结果表明,新建隧道采用同步开挖对既有隧道衬砌结构的拱顶沉降和应力增量影响最大,建议增大错距施工。     

列车振动作用对紧邻盾构隧道变形影响研究

针对新建盾构隧道近距离穿越既有运营隧道的超复杂施工工况,通过物理相似模型试验研究 了盾构施工和地铁列车移动耦合作用下既有运营隧道的变形规律,分别获得了不同穿越顺序下既有隧 道的纵向变形曲线,并就不同穿越顺序影响进行了对比分析,给出了多线叠交新建盾构隧道合理穿越顺 序。试验结果显示:“先下后上”施工将会引起既有隧道更大的纵向沉降变形;“先上后下”下穿阶段既 有隧道的沉降量在其沉降总量中的占比更大,沉降速率更快,且两种穿越顺序下,既有隧道的纵向变形 集中在下穿隧道中心线左右１．４倍隧道外径范围内;同等施工水平条件下,“先上后下”穿越方案更有利 于既有运营隧道的保护。     

某分洪隧洞工程下穿高速公路交通隧道结构安全分析

新建某分洪隧洞工程下穿既有高速公路交通隧道,分洪隧洞与交通隧道结构物之间的最小距离为23.50 m。为评估分洪隧洞施工对交通隧道的安全影响,通过建立有限元模型,进行隧洞开挖静力有限元分析。分析结果表明,隧洞围岩变形量较小,采用台阶式开挖法,可以显著控制隧洞围岩变形,阮家洋溪分洪隧洞衬砌和围岩安全稳定,分洪隧洞开挖对交通隧道变形影响微小,不影响交通隧道结构安全。交通隧道锚杆轴力、衬砌最大拉应力和最大压应力、围岩最大拉应力和压应力等均小于其材料强度,并具有较大的安全余度。     

小净距深埋平行隧道全断面开挖相互影响数值分析

随着地下空间资源的减少,小净距隧道施工成为了城市地铁建设的必然选择。为研究砂岩地层深埋平行近接隧道全断面施工过程中新建隧道与既有隧道之间的相互影响规律,依托重庆富华路站－歇台子站双线平行隧道工程,采用ＦＬＡＣ3Ｄ分析了4种小净距工况下新建隧道和既有隧道的轮廓变形特征、围岩4个特殊部位的纵向位移及某一监测断面径向位移与开挖步的关系。研究表明:随着净距增大,新建隧道非对称“哑铃”状轮廓线逐渐对称化,新建隧道拱底、右侧拱腰纵向位移减小,左侧拱腰纵向位移先增后减,拱顶基本无变化;既有隧道“黄豆”状轮廓线整体向左偏移减小,既有隧道各部位纵向位移均减小。随着新建隧道的开挖,既有隧道与新建隧道监测断面产生径向位移的开挖步范围不同。4种净距工况该工程支护方案均满足洞周的变形要求。     

盾尾偏移围岩变形计算机仿真技术研究

盾构法隧道施工已在城市地铁建设中特别是在软土地层中被广泛采用,但常发生的问题就是周围岩层不均匀性等原因引起的盾构偏移即蛇形运动,从而导致周围地层的不均匀变形.特别是地表的不均匀沉降,直接影响到地面建筑和附近地下设施的正常使用.本文采用国际常用的离散单元法对盾构偏移引起的周围地层的变形与破坏,以及地表沉陷进行探讨.其节理单元用束模拟盾壳与地层的接触.     

考虑施工顺序的邻近平行隧道地表变形计算方法

邻近平行隧道施工顺序的差异会导致其最终地表变形出现偏移现象,为此,建立了考虑先后施工顺序影响的邻近平行隧道地表变形计算方法。首先,基于平行隧道施工叠加扰动机理,对平行隧道进行分类;其次,根据地层扰动特征和变形叠加原理,确立平行隧道地表变形计算流程;然后,通过对后施工隧道开挖引起的地面沉降实测数据进行分析,建立后施工隧道地面沉降曲线修正系数拟合公式;最后,对计算方法进行算例验证。研究结果表明:后施工隧道的地面沉降曲线修正系数k与两隧道轴线的相对水平距离系数z呈线性递减关系;后施工隧道地表变形曲线修正系数拟合公式适用性较好;采用考虑施工顺序影响的平行隧道地表变形计算方法获得的地表变形曲线与实测结果吻合。研究成果是对传统Peck公式的有效补充,对分析邻近平行隧道施工引起的地表变形特征具有参考价值。     

浅埋暗挖隧道下穿既有构造物施工技术

在浅埋暗挖隧道下穿既有构造物施工过程中,隧道的开挖极易引起地表及构造物的沉降变形,给隧道施工带来极高的安全隐患.以龙泉山隧道下穿张万沟大桥工程为例,鉴于张万沟大桥桩基础底与龙泉山隧道顶间距较小,在不采用一定的加固技术条件的前提下直接采用常规爆破开挖支护施工将致使建筑物产生附加应力和变形[1],从而影响建筑物的正常使用和...     

盾构隧道接头渗水对其变形及内力的长期影响

以上海地铁盾构隧道为工程实例,采用有限元软件建立了盾构隧道接头局部渗水模型,计算分析了不同边界条件下盾构隧道接头渗水对隧道变形及内力的影响。计算结果表明:若渗流程度和边界条件不同,则渗流达到稳定状态的时间不同,且进一步导致隧道周围土体孔压的消散程度、地表沉降、隧道变形和管片内力均存在明显差异;地表沉降、隧道直径变化量和管片内力随孔压的发展规律几乎一致;接头渗流会导致管片接缝处孔压明显低于周围土体的孔压,且渗流越严重孔压相差越大。研究表明,在接头渗水严重且没有外部水源补给的极端情况下,孔压、地表沉降、隧道椭圆化变形及管片内力会持续改变且变化幅度较大,尤其是弯矩的改变量非常显著,此种情况下,隧道长期渗水带来的危害最为显著。     

地铁车站基坑和区间隧道近接施工对地面建筑物影响分析

沈阳地铁十号线滂江街站和滂江街站—长安路站区间(后面简称滂长区间)近接某老旧居民楼施工,车站基坑深约25 m,与该楼水平距离10.5 m,区间下穿该楼,竖向距离16 m。车站与区间施工对该建筑物进行多次扰动,形成叠加影响,该建筑物沉降变形风险较大。采用大型有限元软件ABAQUS对车站和区间的施工过程进行模拟分析,对该楼沉降进行预测,为风险工程保护措施提供参考依据。计算结果表明,左线盾构下穿施工引起该楼的沉降占总沉降的大部分,应重点加强左线盾构掘进过程的施工参数控制,确保建筑物沉降控制在允许范围之内。     

考虑环间接头力学特性的盾构隧洞纵向分析模型

盾构隧洞环间接头具有明显的非线性力学特性，合理模拟其受力变形响应是隧洞纵向变形分析中的难点。针对此问题提出了一种简便实用的环间接头分析模型，采用可传压不传拉的接触面单元模拟环间接触，采用基于埋置梁广义位移法的梁单元模拟螺栓，能够同时考虑环间接头处的非线性接触状态和接头螺栓的轴向刚度和剪切刚度，且适用于各种环间连接螺栓形状（直螺栓、弯螺栓或斜螺栓）。通过算例，将有限元模型与理论解析模型计算结果进行对比，验证了该模型的准确性。将该模型应用于某实际工程中穿越断层破碎带的盾构隧洞的纵向变形分析，结果表明:输水盾构隧洞在均质基岩中状态稳定，在断层破碎带区域衬砌环间缝变形和螺栓应力显著增大，但均在设计控制范围之内。该模型可为工程安全建设及运行提供一定参考。     

双线平行地铁隧道盾构同向推进纵向安全间距研究

为加快双线地铁隧道施工,采用2台盾构机同时开挖,盾构横向间距不变情况下,纵向间距过近会加剧对土体的扰动,影响地表建(构)筑物安全。以武汉地铁三号线为工程背景,选取双线平行隧道盾构同向推进为研究对象,采用现场监测和数值模拟计算方法,综合分析盾构开挖时隧道横向、纵向地表变形特征,揭示双线平行隧道盾构同向推进时的纵向相互影响规律。结果表明:数值计算结果与现场监测数据相吻合;盾构通过后地表形成沉陷槽,隧道拱顶上方地表变形最大,距离隧道轴线越远,地表变形越小;开挖过程中盾首上方隆起值达到最大,盾构穿过后沉降迅速增加,最终趋于稳定;双线地铁隧道盾构同向推进中,盾构的二次扰动加剧了地表最终变形量,盾构纵向间距对地表最终变形量没有影响,随着盾构纵向间距增加,地表总体沉降速率减缓,当盾构纵向距离大于50 m时较为安全可靠。研究成果旨在为今后的地铁隧道安全快速的施工提供依据。     

城区穿河隧道工程安全施工关键技术探究

随着城市地下空间的开发,盾构穿越已有河道的现象越来越普遍。如何合理地安排施工过程,确保河道上建筑物和施工安全尤为重要。以南京地铁四号线某区间盾构穿越秦淮河线路工程为例,总结克服施工过程中盾构隧道下穿河道和侧穿桥墩技术难题的经验,保证其安全、顺利地通过秦淮河河段。