堆载引起临近地铁隧道的转动与错台变形计算

采用Boussinesq解求出地面堆载工况下隧道轴线处的附加应力,提出一个以剪切错台为主、刚体转动为辅的隧道变形模式,结合最小势能原理推导出隧道纵向变形量、环间错台量、环间转角和环间剪切力的计算公式。通过工程实例分析,将新方法与实测数据和弹性地基梁法进行比较,验证了新方法的有效性。并研究刚体转动效应、剪切错台效应、堆载数值、隧道埋深和隧道偏移距离对隧道纵向变形量的影响。研究结果表明:在地面堆载工况下,隧道变形以剪切错台模式为主。随着刚体转动效应比例系数j增大,隧道沉降量在一定范围内减小;随着堆载数值增大,隧道纵向沉降量增大,沉降范围没有明显变化;隧道沉降量随着隧道埋深的减小而增大;随着隧道偏移距离增大,隧道沉降量减小,隧道水平位移则先增大后减小。     

盾构穿越引起的既有盾构隧道纵向变形研究

研究既有隧道在新建隧道穿越时产生的响应,提出一种能准确预测既有隧道位移的计算方法。采用目前国内较为先进的转动错台模型,在考虑施工因素的附加荷载作用下,运用最小势能原理对既有盾构隧道在新建隧道穿越时的结构变形进行了分析预测。并分别选取了3个工程实例对新建隧道在不同穿越工况下本文方法的预测准确性进行了验证。研究结果表明:本文方法计算值与实测值较为吻合,能计算出既有隧道的竖向位移、环间的错台量、转角和剪切力,进而判断既有隧道结构的安全状态;既有隧道发生沉降时管片以错台变形为主,转动变形占比较小(约30%)。     

基坑开挖旁侧盾构隧道结构横向受力与变形研究

针对基坑开挖旁侧盾构隧道结构横向受力和变形规律，提出了一种考虑围护结构变形影响的盾构隧道横向受力理论计算方法，并通过某实际工程三维有限元计算结果和干砂地层隧道旁侧基坑开挖离心模型试验结果，验证了隧道径向附加荷载理论计算方法的可靠性。结合该工程获取的围护桩水平位移、地表沉降、隧道变形和应变现场实测数据，探究了隧道横向受力-变形-内力之间的关联机制。结果表明：(1)隧道初始径向荷载呈“葫芦形”对称分布，侧方开挖引起隧道近基坑侧和拱顶外荷载减小，而远基坑侧和拱底外荷载增大，这与开挖引起的自由场地层位移和隧道位移相对大小有关，水平和竖向不均衡荷载由隧道纵向差异变形引起的环间剪切力平衡。(2)隧道椭圆形变形、朝基底方向的顺时针旋转角度和正负弯矩值随开挖不断增大。(3)隧道环向弯矩分布与螺栓相对位置关系密切相关，研究断面处近基坑侧拱腰附近存在螺栓，其将承担更多的环向拉应力；远基坑侧拱腰附近为混凝土管片，环向拉应力主要由管片承担，从而使得研究断面处隧道管片最大环向弯矩发生在远基坑侧拱腰位置。     

上海软土地区地铁盾构隧道衬砌环间变形

工程实践发现,盾构隧道的纵向变形特征主要表现为环缝张角或环间错台。通过对上海软土地区通缝拼装地铁盾构隧道同时出现张角和错台情况下衬砌环间变形机理的研究,给出了变形各阶段拱底管片环缝张开量的计算方法;同时基于地铁隧道衬砌结构的防水要求,建立了四种不同工况下环间密封垫变形的计算公式,并以上海轨道交通八号线某盾构隧道为分析对象,得出了相应密封垫张开量和错台量的控制指标。通过分析计算结果发现,相对仅发生错台现象,环间转动和错台的同时发展,将加剧衬砌结构的破坏程度,使密封垫更快失去防水作用。     

深基坑开挖对邻近地铁隧道影响数值计算分析

基于招商银行深圳分行大厦深基坑开挖工程,考虑隧道衬砌与土的相互作用,采用ABAQUS数值模拟研究了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响。计算分析结果表明：基坑开挖对邻近地铁盾构区间产生一定影响,但影响程度较小,沉降与位移值均在规范要求范围之内;地表沉降、隧道衬砌位移随基坑开挖深度加深逐渐变大,在内支撑间距离较大时,沉降与位移增加速率较大;考虑衬砌与土的相互作用,隧道的水平位移值明显低于支护桩,基坑开挖对大直径管道影响计算分析中,应考虑管-土的相互作用。     

基于水平收敛变形的软黏土盾构隧道病害统计分析

受邻近施工作业不断影响,盾构隧道水平收敛变形累积,逐渐产生或加重裂缝、破损、渗漏、错台、接缝张开、道床脱开等结构病害。根据大量软黏土盾构隧道实测数据,软黏土地层中盾构隧道状态普遍较差,水平收敛变形大于5‰D(隧道外径)的管环比例高达75%,管片裂缝、渗漏、道床脱开、环内错台、纵缝张开等病害问题较为严重。建立了管环裂缝、渗漏、道床脱开、环内错台、纵缝张开等结构病害与其水平收敛变形的关系。随着水平收敛变形的增大,最大裂缝宽度、裂缝数量、最大道床脱开量及最大环内错台量的上限均有线性增大的趋势,最大裂缝深度也缓慢增大;病害管环比例随水平收敛变形增大而增加。当水平收敛变形较小时,各种病害较少;而随着水平收敛变形增大,裂缝宽度大于0.4mm、漏泥沙、道床脱开量大于4mm、环内错台量大于4mm等严重病害比例增加;建议以2%的概率作为水平收敛变形控制界限值,即以0.2mm裂缝宽度、4mm道床脱开量、4mm环内错台量、仅发生湿迹(纵缝渗漏水)控制,水平收敛变形界限值为20mm;以0.4mm裂缝宽度、6mm道床脱开量控制,水平收敛变形界限值为50mm。     

考虑纵向变形影响的基坑下方盾构隧道横向受力变化研究EI北大核心CSCD

针对基坑开挖引起下方盾构隧道围压变化的机制进行分析,提出一种能考虑纵向变形影响的盾构隧道横向附加围压变化模型。建立盾构隧道管片环的有限元简化模型,进行结构计算分析。以基坑上跨杭州地铁1号线盾构隧道为例,将隧道水平收敛计算值与实测数据进行对比,验证了计算方法的可靠性。研究基坑下方盾构隧道的围压变化、衬砌内力以及纵横向受力关系,并对基坑空间开挖尺寸进行影响因素分析。研究结果表明:计算得到的隧道水平收敛变形值及其沿隧道纵向的分布规律与实测值基本吻合;基坑开挖引起的围压卸载效应主要作用于下方隧道衬砌的拱顶和拱底附近,并受纵向变形过程中环间作用力的影响;基坑开挖导致下方盾构隧道衬砌弯矩分布反转,拱腰处的轴力也显著减小;三维卸载比V3D可以较好地反映基坑空间开挖尺寸对下方盾构隧道的影响。     

考虑桩基剪切效应的盾构开挖对邻近桩基水平向变形分析

盾构隧道开挖将引起土体卸荷,会对邻近既有桩基产生不利影响,为探究既有桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应规律,针对已有研究的不足,提出了一种在邻近盾构开挖下能考虑桩基剪切效应的计算桩基水平向响应的简化算法。首先既有桩基被视为置于Pasternak双参数地基上的铁木辛柯梁,然后由两阶段法建立起考虑桩基剪切效应的桩基水平向变形控制微分方程,利用有限差分法解得附加荷载作用下的桩基水平向变形解析解。通过离心试验、监测数据的对比,验证了该方法的合理性。并在给定的桩土参数下,把同时考虑桩基剪切和弯曲变形的解析解与只考虑桩基弯曲变形的退化解进行对比,发现较之于欧拉–伯努利梁法,盾构对桩基扰动程度的影响,扰动越大,剪切效应体现越明显,由铁木辛柯梁法计算的位移值与弯矩值更接近实测数据。     

考虑空间效应的基坑开挖对邻近隧道影响分析

基坑开挖引起的围护结构变形将引起周边土体的卸荷,而土体卸荷将会对邻近隧道附加变形及内力产生不利影响。考虑围护结构变形的空间效应,建立了基于基坑侧壁位移影响的三维土压力卸载计算模型,并借助Mindlin解得到了基坑开挖卸荷在隧道轴线处引起的附加应力。考虑地基土体变形连续性,将隧道视为置于Pasternak地基的Euler-Bernoulli梁,得到了隧道附加变形的受力响应。将基坑开挖引起的附加荷载施加于邻近隧道,得到了考虑空间效应的基坑开挖诱发邻近隧道附加变形的理论计算方法。通过与已有案例的对比分析,验证了本文方法的可靠性。进一步分析了围护墙最大变形、隧道与基坑边距离及地基模量等因素的影响规律,结果表明：围护墙最大变形的增大会进一步增加隧道的变形及内力,而隧道与基坑边距离及地基模量的增加,则会减小隧道的附加变形及内力。     

考虑隧道剪切效应的基坑开挖对邻近隧道纵向变形分析

 基坑施工将打破周围地层已平衡的应力场,引起应力释放,对既有下卧地铁隧道产生不利的影响。针对既有研究的不足,提出考虑隧道剪切效应的基坑开挖对下卧隧道影响的解析解。既有隧道简化为搁置于Winkler地基上的Timoshenko梁。通过两阶段分析法,考虑基坑卸荷作用下已建隧道的响应。首先基于Timoshenko梁理论,建立考虑隧道剪切效应的隧道纵向变形微分方程,然后将由Mindlin弹性解计算得到附加荷载施加于既有隧道上,最后通过有限差分法得到在附加荷载作用下隧道的纵向变形解答。收集3个已发表工程实例的实测数据,并与本文方法及Euler-Bernoulli梁法的计算结果进行对比分析,发现实测结果与2种方法得计算结果有较好的一致性。然而,在内力分析上,相对比于本文方法,Euler-Bernoulli梁法明显高估基坑卸荷引起的隧道弯矩与剪力。由于本文方法可有效模拟既有隧道剪切效应,因而可进一步给出1在卸荷作用下隧道管片间错台量。研究成果可为合理预测邻近基坑施工对既有隧道的影响提供一定的理论支持。     

堆土加卸载与基坑开挖叠加对既有隧道变形的影响研究

针对堆土加卸载与基坑开挖叠加效应导致既有地铁隧道变形较大的问题,建立考虑加卸载叠加效应影响的三维空间分析模型,研究不同堆土加卸载叠加基坑开挖卸载模式对邻近地铁隧道变形规律的影响,探讨隧道在堆土加载、移土卸载再叠加基坑开挖下的变形规律。结果表明:正上方堆土加卸载对隧道的竖向位移影响较大,是侧向堆土加卸载的3倍～5倍; 在经历堆土加卸载后,隧道会残留不可忽视的变形,其残留竖向位移约为加载后位移的62%; 堆土加卸载叠加侧方基坑开挖时,隧道变形受基坑开挖深度的影响较大,大于隧道埋深的开挖阶段会加剧隧道变形; 4种叠加模式中,正上方堆土加卸载-侧方基坑开挖卸载隧道最终竖向位移最大,约17 mm,侧方堆土加卸载-异侧基坑开挖卸载隧道最终水平位移最大,约8 mm,邻近隧道施工时应充分考虑叠加效应的影响,尽量避免这两种情况。     

基坑开挖对邻近隧道纵向位移影响的计算方法

基坑开挖卸荷会对邻近隧道产生影响,因此有必要对隧道的变形进行预测,确保隧道正常运行.针对目前计算模型的分析方法未考虑基坑壁应力卸荷对隧道位移的影响,以及有限元分析过程较为复杂繁琐,提出采用Mindlin解计算基坑壁与坑底卸荷的附加应力.然后将隧道结构视为弹性地基无限长梁,将开挖引起的附加应力施加于隧道结构上,建立隧道结构纵向变形方程,从而得到隧道位移及内力的计算公式.最后,将计算方法与数值模拟算例、工程实测进行对比分析,计算结果与其较为吻合.     

Evaluation of deformation response for adjacent tunnels due to soil unloading in excavation engineering

A major challenge in the design and construction of soil excavation and foundation pit engineering in urban areas is the protection of adjacent underground structures, such as existing tunnels. Excavation-induced soil unloading can adversely affect and even damage the tunnels in the vicinity. A simplified analytical approach is presented to analyze the deformation response for adjacent tunnels due to excavation-induced soil unloading in excavation engineering. Firstly, the green soil unloading stress due to adjacent excavation is estimated at the existing tunnel location. Secondly, the deformation response of the tunnel subjected to green soil unloading stress is calculated by the Galerkin’s method, which can be used to obtain the finite element equation converted from the differential equation. The accuracy of the proposed method is verified by comparisons with 3D finite element numerical simulation, centrifuge model tests provide by Kusakabe et al. (1985) and measured data in situ. Finally, the parametric analysis for deformation influence factors of the existing tunnel, including the tunnel buried depth, the distance from the excavation site, the soil geo-characters and the outer diameter of the tunnel, is presented to demonstrate the performance of the proposed method. This proposed method may provide certain basis to make protective measures of existing tunnels influenced by excavation engineering and enables a quick estimate of the deformation behavior of excavation-induced adjacent tunnels, resulting in savings in time and costs.     

基坑开挖对邻近地铁变形的影响分析

本文通过基坑开挖对邻近地铁隧道影响的原型案例分析,归纳基坑开挖引起邻近隧道沉降、水平位移及收敛变形的主要因素,研究结果表明:邻近隧道的基坑开挖对隧道的沉降和水平位移均产生较大的影响,隧道产生的变形在空间上表现为斜向坑底的位移;隧道横断面的收敛情况表现为,隧道呈现出横鸭蛋形。引起隧道变形的主要因素有基坑与隧道相对距离(水平距离和垂直距离)、开挖的时空效应等。其中基坑与隧道的相对距离对隧道的变形影响较大,当基坑与隧道的水平距离在4m以内时,隧道产生的水平位移、沉降均较大。     

近间距下穿高架群桩的基坑施工可行性

应用平面有限元软件对上海某地道下穿轨道交通11号线基坑施工进行了模拟分析。基坑开挖造成的土体侧向卸载,影响着临近群桩基础的安全。分析结果表明:临近桩基侧移与围护桩变形有一定的相关性,发生最大侧移的地方均位于基坑开挖面处,而围护桩弯矩的发展变化跟支撑位置和刚度有着直接关系;基坑开挖造成的侧向卸载作用对临近桩基的影响明显大于对承台的影响;不考虑桩基侧移的情况下,侧向卸载造成摩擦群桩承载力降低量可忽略;围护结构支护状态的有效性对减少临近桩基侧移和保持群桩承载力起到关键作用。     

某紧临地铁车站土岩基坑设计与变形规律研究

广州某紧临地铁车站土岩组合深基坑,开挖深度大,周边环境复杂,变形控制要求非常严格。依据实际监测数据,详细分析了基坑施工各阶段的围护结构变形、土岩体侧移、支撑轴力、锚索拉力及周边环境沉降的变化规律。分析结果表明:围护墙与外侧土岩体最大水平位移均发生在土岩结合面附近;基坑开挖结束至底板施工期间,围护墙及外侧土岩体水平变形呈蠕变特点;地下室采用的“复合墙”及跳仓法施工技术,使施工完毕后的围护墙、土岩体水平位移均发生了明显回弹,最大水平位移约为开挖至基底时的40%~60%;开挖引起的周边地面沉降最大值发生在离坑边0.5倍开挖深度附近,沉降值约为邻近围护墙最大水平位移的0.47倍;条件允许时,土岩组合基坑可优先采用支撑+锚索组合支护方案。本工程的监测数据相互印证,揭示了该土岩深基坑在各种条件下的实际工作状况,可为类似情况深基坑的设计与施工提供参考。     

基坑施工邻域隧道围土应力路径演变规律研究

为研究基坑开挖过程中邻域既有隧道周围土体应力路径演变规律,采用Mindlin经典理论,求解基坑底部和四周侧壁卸荷效应在隧道围土各点引起的附加应力场,并与初始应力场相叠加可得各点的现有应力场与应力路径,选用Mohr-Coulomb强度准则作为土体破坏控制标准以判断隧道围土各方向土体安全度。研究表明 :(1)随基坑开挖深度增加,隧道围土各点应力路径呈现靠近主应力破坏线K_f的演变趋势,其中隧道顶部与靠近基坑侧土体处于易破坏状态,隧道底部与远离基坑侧土体处于较安全状态。(2)沿隧道轴向,基坑开挖对邻域既有隧道围土应力场影响以一倍、二倍基坑开挖宽度为界线。一倍基坑宽度内为强影响区,一倍至二倍基坑开挖宽度内为过渡区,二倍基坑宽度外为弱影响区。(3)基坑与隧道净距越大,基坑开挖对隧道顶部和靠近基坑侧土体应力路径影响越小,该方向计算点处土体应力路径演变规律越趋于相似和稳定。     

基于HSS模型的基坑开挖对近邻地铁影响数值分析

随着城市轨道交通网络的不断扩大,城市深基坑工程大多邻近地铁区域.基坑开挖将导致周围土体产生附加位移,当土体位移过大时,就会对邻近结构物产生不利影响,因此开展基坑开挖对邻近地铁隧道区域和车站安全性影响的分析研究具有重要的现实意义.以天津某地铁车站明挖基坑工程为例,运用有限元软件Plaxis 3D分析基坑开挖对邻近隧道区间...     

Effects of lateral unloading on the mechanical and deformation performance of shield tunnel segment joints

Unloading during lateral excavation widely occurs in existing subway shield tunnels. Previous studies have focused on the overall stress and deformation of existing tunnels caused by nearby unloading. However, the stress and deformation state of tunnel segment joints have yet to be considered. This study considered the non-continuity of the shield tunnel lining and the interactions among tunnel segment, surrounding rocks and ballast bed. A hybrid model of a shield tunnel was established based on 3D nonlinear contact theory. The mechanical and deformation properties of the segments and joints of an existing shield tunnel under the influence of lateral excavation of the foundation pits were studied. Unloading during lateral excavation caused the cross section of the shield tunnel to generate vertical convergence and shift horizontally towards the foundation pit. An opening and dislocation in the joint, which caused the waterproof ability of the joint to decrease sharply, were observed. Meanwhile, stress at the segment joint increased sharply and caused local cracks in the segment lining. Axial and shearing force on the joint bolt also increased significantly. Based on existing subway regulations, the calculation results were combined to establish a deformation control standard for existing shield tunnels under lateral excavation. The rate of vertical convergence of the lining should be less than 3.68‰, and the rate of horizontal shift of the axis should be less than 0.53‰.