下穿施工影响下既有隧道和地层的位移解析解

在既有隧道下进行浅埋隧道开挖会引起地层产生位移,继而导致既有隧道变形。由于既有隧道与地层刚度差别巨大,常规的解析法无法计算存在不同刚度的地层位移场。基于镜像法,采用当层法对既有隧道刚度进行等效,建立综合考虑新建隧道-岩土体-既有隧道三者相互作用的计算模型。以北京地铁10号线国贸站-双井站区间下穿既有1号线区间工程为例,采用该计算方法,研究新建隧道下穿施工对地层及既有隧道的影响。研究表明,计算结果与实测变形吻合较好,解析解能很好的解释既有隧道对地层变形的阻隔和扩散作用。研究成果为下穿施工引起的既有隧道及地层沉降计算提供了一种新的解析方法。     

软硬不均地层盾构下穿既有隧道近接施工影响特性研究

随着城市轨道交通的快速发展,对地下空间的利用也越来越充分,新建地铁线路不可避免地要近接既有结构进行施工,常常造成新建及既有结构物受力复杂、既有结构变形过大等问题;对于软硬不均地层条件,该类问题更为显著。文章以深圳地铁7号线在软硬不均地层条件下下穿既有1号线及上部过街通道为工程背景,通过建立三维数值仿真模型对盾构下穿既有线路及其附属设施的影响进行分析,研究结果揭示了新建地铁线路正交下穿既有盾构隧道近接施工时,既有隧道上方地表及过街通道沉降、既有隧道二次变形的时空分布规律,并据此提出了针对性的掘进控制措施。     

地铁交叉隧道盾构施工的三维有限元分析

某新建地铁隧道工程近距离垂直上穿既有地铁隧道,采用有限元软件Mi das/GTS模拟了新建双线盾构隧道施工对上部地表和下部既有隧道变形的影响。计算结果给出了新建盾构隧道近距离垂直上穿既有双线地铁隧道时的位移变化规律。     

深埋矿山法地铁隧道下穿既有铁路隧道影响研究

以厦门某矿山法地铁隧道下穿既有铁路隧道为工程背景,运用数值模拟隧道开挖过程,并结合现场监测,研究新建深埋地铁隧道下穿既有铁路隧道结构沉降变形情况,以及新建地铁隧道在下穿过程中隧道拱顶沉降、净空收敛的变化规律。数值模拟结果表明,既有铁路隧道结构最大沉降量为1. 15mm,沉降值较小;新建地铁隧道在Ⅳ围岩下变形最大,且随着围岩强度提高,变形越小。监控量测结果表明,既有铁路隧道与新建地铁隧道的变形趋势与数值模拟吻合,进一步验证了模拟的准确性。因此,深埋地铁隧道开挖过程,新建隧道变形与围岩强度相关,围岩强度越高变形越小;深埋地铁隧道在Ⅱ级～Ⅳ级围岩强度下对上部既有铁路隧道的影响较小。     

盾构近距离下穿矩形顶管隧道施工变形规律研究

呼和浩特地铁2号线盾构隧道下穿海亮广场人行过街通道是全国首个盾构下穿矩形顶管隧道的工程案例,没有相关工程经验可以借鉴,下穿引起的矩形顶管隧道纵向变形等理论问题尚不清楚,有待进一步研究。为此,本文以该工程为背景,通过现场监控量测和数值模拟,对盾构隧道近距离下穿施工引起的矩形顶管隧道纵向变形规律进行研究。主要得到以下成果:新建盾构隧道施工引起的既有矩形顶管隧道结构沉降,单一隧道穿越后,用Peck公式拟合得到的沉降槽曲线符合高斯分布,两条隧道穿越后,用双Peck公式拟合得到的沉降槽曲线接近"W"型;矩形顶管隧道结构最大沉降值为17.02 mm,最大沉降点的位置位于盾构隧道正上方;对矩形顶管隧道管节错台影响最大的部位是盾构下穿位置,距离盾构隧道越近,错台量越大;管节张开主要发生于沉降槽曲线的反弯点与最大沉降点,在"W"型沉降槽曲线中存在多处张开量较大的情况,因此,在新建盾构隧道施工过程中应准确确定既有结构沉降槽曲线的反弯点和极值点,并进行及时加固处理,确保既有矩形顶管隧道结构安全。     

新建隧道斜交下穿既有盾构隧道的变形分析

随着轨道交通的迅猛发展,地铁隧道之间相互穿越不可避免,既有地铁结构随着新线施工的附加变形发展规律成为目前地下工程建设的热点问题。本文结合北京某浅埋暗挖法隧道斜交下穿既有盾构隧道工程的施工和监测,分析了斜交下穿施工各阶段既有盾构隧道的变形规律,提出既有盾构隧道沉降理论公式,并且基于提出的理论公式及沉降实测数据进行拟合分析,得到既有盾构隧道沉降曲线的地层损失率为0.013%～0.948%,基本处于天然地层数值范围内的较低水平。增大拱脚受力面积的施工辅助措施对控制地层损失率有一定作用,既有盾构隧道沉降槽宽度参数为1.13～16.96,远大于天然地层数值,根据拟合值及以往地层经验参数给出穿越各阶段既有盾构隧道的沉降公式的相关参数的建议值。通过监测数据分析发现,穿越施工既有盾构隧道变形以沉降为主,呈现“双凹槽状”纵向柔性变形特征,且主要发生在上台阶穿越施工期间,水平位移相对较小,盾构隧道椭圆度变化与竖向净距有一定关系。     

新建地铁隧道下穿对既有车站的影响

通过对新建地铁隧道下穿既有车站的情况进行分析,得出了下穿隧道对上部既有车站的影响规律。采用FLAC3D 4.0有限差分软件进行三维数值模拟,对CRD法施工对既有上部既有车站造成的沉降进行研究,得出了既有车站的沉降量最大值以及沉降速率最大值的位置。对工程的施工具有指导意义。     

新建隧道斜交下穿引起既有隧道变形计算研究

基于Peck理论,假定隧道变形随着地层变形而发展,考虑隧道相互交叉角度的影响,将既有隧道视为连续弹性地基梁,提出了新建地铁隧道斜交下穿既有隧道引起既有隧道纵向变形的一种计算方法,并以重庆市轨道交通四号线一期工程为例,结合实际监测数据证明了该方法的适用性。     

盾构隧道小角度斜下穿既有地铁构筑物变形分析

为了探讨新建隧道的施工对既有隧道运营产生的影响,以西安地铁1号线二期工程段工程张后区间斜下穿既有出入为背景,分析了新建盾构隧道斜交下穿施工对既有隧道结构的影响,得到了既有隧道结构变形规律。监测结果表明:既有道床沉降沿整条测线呈现出典型的"沉降槽",沉降峰值位于2条隧道的交叉截面处;既有隧道发生了整体沉降,变形以竖向沉降为主,水平位移远小于竖向位移。     

地铁盾构隧道近距离下穿既有铁路隧道安全性分析

针对南宁地铁4号线盾构隧道近下穿既有南环线铁路隧道工程,采用三维有限元数值计算方法,分析了新建盾构隧道近距离下穿施工对地表和既有隧道结构及轨道的影响。数值计算结果表明,通过对下穿段一定范围内的盾构周边土体进行注浆加固可以有效控制盾构隧道施工对地表和上方铁路隧道的影响,能够将地表沉降、既有隧道衬砌变形及结构安全、轨道变形控制在安全范围内,为工程施工提供重要参考依据。     

考虑上浮效应的盾构下穿对既有隧道影响研究

新建盾构隧道下穿会对上部既有隧道产生扰动,并可能使隧道产生结构病害。由于盾构管片重量远小于相应开挖土体重量,新建隧道的上浮效应会对既有隧道产生影响。基于两阶段分析法提出考虑新建盾构隧道上浮影响的隧道下穿引发既有隧道纵向变形计算模型,并利用现场实测数据进行验证。结果表明：考虑上浮效应的理论计算结果与实测数据较为吻合;控制新建隧道上浮量或减小新建隧道直径可有效减小由于上浮效应造成的既有隧道隆起变形。研究成果可为全面合理评估隧道下穿对既有隧道的影响提供依据。     

既有隧道在上覆基坑卸荷下的形变响应简化算法

基坑开挖将打破土体原有应力场,对下卧隧道产生不利影响。鉴于此,提出一计算既有隧道在上覆基坑卸荷影响下的形变响应简化计算法。首先,利用搁置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁来模拟既有隧道,分析中,采用可考虑隧道埋深影响的地基反力系数;其次,借助于Mindlin解给出基坑开挖所引起的隧道轴线位置处的土体自由位移;然后,再结合隧道-地基土的位移耦合条件建立起隧道的变形控制方程;最后,通过有限差分法给出基坑开挖引起的下卧既有隧道的纵向响应解答。通过与三维有限元和既有理论解的对比验证了所提方法的准确性和适用性。接着对不同因素对隧道形变响应的影响做了参数分析,包括:隧道埋深、基坑-隧道相对空间位置、基坑开挖深度、基坑几何形状、隧道-地基土的相对刚度等。在此基础之上,进一步提出下卧隧道在上覆基坑开挖卸荷影响下的最大竖向位移简化预测公式。上述研究结论可为类似工程提供一定理论支持。     

砂土隧道施工对下卧管线影响的试验和数值模拟分析

对砂土中隧道施工引起管线性状变化进行了室内模型试验,分析了管土相互作用的一些宏观特性,为进一步进行三维颗粒流细观模拟提供必要的参数和宏观依据。在室内模型试验的基础上,建立了隧道垂直下穿既有管线颗粒流分析模型,验证了室内模型试验的宏观现象。在此基础上分析了隧道施工过程中管土相互作用的机理、管周土体的应力与位移以及管线的剪应变和弯矩。分析结果可为工程实践中确定管线加固位置提供理论依据。     

超近距离双孔并行盾构施工的相互影响分析

 以北京地铁一盾构近接工程为背景,结合理论分析、数值模拟计算和现场实测数据反馈等多种研究手段,研究新建盾构隧道施工过程中对已建盾构隧道纵向和横向变位、附加弯矩及轴力的影响分布变化规律,发现近邻隧道盾构施工对已建隧道的影响存在一种纵向效应,表现为应力的“提前到达”和变形的“滞后发展”,对于国内近接施工中首次采用的钢支撑预加固措施进行验证,研究表明钢支撑特别是横向钢支撑的预加固对于改善已建隧道受力状态效果十分明显,为双孔并行盾构近接施工提供了很好的借鉴作用。     

基于应力平衡的上穿施工既有隧道微变形控制

新建工程上穿施工卸载导致下卧地层及既有地铁结构发生上浮变形。相比于下穿施工的超前预加固、千斤顶顶升、桩基托换等成熟且有效的变形控制技术,目前上穿施工引起既有结构的上浮变形尚未有较好的控制及恢复方法,是工程界亟需解决的问题。本文以北京某框架桥上穿既有地铁盾构区间工程为背景,基于案例搜集明确了当前上穿工程主要采用注浆加固和拉锚等辅助措施、既有结构实测上浮变形介于1.90~15.59 mm、新建工程开挖断面越大及既有结构纵向刚度越小则既有结构上浮变形越大的规律;采用理论分析提出了“应力平衡顶推法”,并制定了“力平衡,短进尺,勤量测”的施工控制措施;通过三维有限元计算,与压顶法和明挖法进行了对比,应力平衡顶推法引起既有隧道最大上浮变形最小(0.5 mm),是明挖法和压顶法的10%和12%。工程实际应用后,既有隧道实测累计最大上浮0.6 mm,为上穿工程提供了一种新的微变形控制方法。     

盾构掘进过程中围岩变形规律的研究

无论采用什么样的施工工艺开挖隧道,都不可避免隧道开挖过程中围岩的应力释放。通常,土体颗粒在新的应力平衡条件下发生位移,引起围岩变形,变形较大时更可能诱发隧道失稳坍塌,最终破坏。为此,对隧道在开挖过程中围岩的变形规律的研究一直从未间断。并结合工程实例,建立三维有限元分析模型,通过对比理论计算和实测数据相结合的方法,对盾构法施工隧道掘进过程中围岩的变形进行了深入的研究,总结了盾构施工过程中围岩变形规律,能够为类似工程设计及施工提供参考意义。     

盾构隧道纵向变形性态研究分析

随着城市地铁和市政工程建设的发展 ,由于软土隧道发生过量的不均匀纵向变形对隧道内力、变形及正常运营的影响日渐突出。本文以盾构法隧道为基础 ,结合工程实例 ,对软土盾构隧道纵向变形和结构性态进行讨论 ,介绍了盾构隧道纵向变形的影响因素 ,重点分析了土性不均匀与荷载变化两大主要因素对隧道纵向变形的影响 ,最后给出了具有一定指导意义的结论。     

盾构施工对邻近桩基础影响的简化分析方法

根据Loganathan和Poulos提出的估算盾构施工产生的土层位移的简易方法,假定已知土层损失,可预测隧道周边土层的水平位移。邻近盾构的桩基础也要随土层位移产生内力、位移变化,而成为被动桩。参照弹性地基梁法,建立由土体水平位移导致的桩-土共同作用方程,通过杆系有限单元法实现求解盾构施工产生的桩身内力和位移,计算中可考虑不同的桩顶约束条件和土层分布条件。根据桩身内力、位移控制要求,可确定盾构隧道施工时的土层损失控制要求。     

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。     

隧道下穿高速公路管棚作用机理及设计参数研究

在暗挖隧道穿越工程中,管棚被广泛应用。但由于边界条件复杂,目前对于管棚的研究多停留在理论分析层面,实际工程应用中仍以工程类比为主。因此基于弹性地基梁理论,根据管棚沿纵向各区段不同的受力模式,建立了包含管棚和初支在内的荷载-结构计算模型,并从控制沉降、防止坍塌2个方面进行了管棚变形和受力计算。通过Peck沉降公式,计算了管棚变形引起的路面沉降,并将计算结果与工程实测数据进行了对比。分析结果表明:地层-结构模型和Peck沉降公式相结合的计算方法可得到较为准确的管棚内力、变形和较为接近的路面沉降值,是一种实用、可靠的计算方法,可为今后类似工程管棚设计和施工提供借鉴。