顶管施工引起地面变形的计算方法研究

假定土体不排水固结，利用弹性力学的Mindlin解，推导了顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力引起的地面变形计算公式，结合土体损失引起的地面变形计算公式，得到顶管施工引起的总的地面变形计算公式，该方法适用于施工阶段。算例分析表明。顶管施工引起地面产生三维变形，随着掘进机的顶进而不断产生变化。正面附加推力引起开挖面前方地面隆起，后方地面沉降，以开挖面正上方为轴线呈反对称分布，在正常施工时产生的地面变形较小；掘进机与土体之间的摩擦力引起的地面变形较大，分布规律与正面附加推力相似，轴线位于掘进机中间部位正上方。后续管道与土体之间的摩擦力引起的地面变形分布规律与正面附加推力相似，轴线位于后续管道中间部位正上方，注浆时引起的地面变形较小。     

多因素下竖向顶管施工引起的土体变形研究

建立掘进机与土体间的摩擦力、后续管道与土体间的摩擦力、开挖面前顶管推力、土体损失四个因素下竖向顶管法施工的力学模型.前三个因素引起的土体变形解根据弹性力学Mindlin解得到;土体损失引起的土体变形解通过随机介质理论得到,最后二者相加获得多因素下总的土体变形理论解.通过算例对计算结果进行了分析,研究了开挖面前顶管推力的改变对土体变形的影响。研究结果表明,土体竖向位移的最大值随z的增大基本呈减小趋势;竖向顶管施工引起土体隆起的范围在距顶管横截面中心线D～10D之间,土体隆起值随着深度的增加而增加;水平位移的最大值出现在距竖向顶管横截面中垂线2.5D处;开挖面前顶管推力对竖向位移的影响范围主要在距顶管横截面中心线±2.5D之间,在影响范围内,其引起的竖向位移随开挖面前顶管推力的增加而逐渐增大;在0z0.5D时,开挖面前顶管推力引起的水平位移主要表现为较小的朝向竖向顶管的移动;在0.5Dz4D时,主要表现为远离竖向顶管的移动,且随着深度增加,水平位移越大。因此,在竖向顶管施工时,需重点关注±2.5D范围内的竖向位移以及0.5Dz4D范围内的水平位移。     

车辆荷载下沉管隧道动力响应有限元分析

依托宁波甬江沉管隧道工程,利用MIDAS GTS NX软件建立沉管隧道三维有限元模型。采用非线性弹簧模拟接头,选取影响接头刚度的主要部件,依据各部件材料特性对接头各向刚度进行取值。通过对路床网格节点添加线性变化的荷载来模拟车辆行驶,对管节及接头产生的动力响应进行分析。结果表明,有限元计算结果与理论计算结果得到的管节中点竖向位移幅值接近,说明有限元模型的可靠性;江中段管节中点竖向位移较岸边段大,靠近岸边的接头两端竖向位移差较中间接头大;车辆荷载下沉管段最大主应力的最大值出现在沉管段北端的顶板处,且靠近岸边的接头剪力和弯矩大于中间接头,需要重点监测。     

盾构法隧道统一土体移动模型的建立

首次提出土质软硬决定了盾构隧道周围土体的移动方向,移动焦点在隧道中心点与隧道底部位置之间变动。采用两圆相切的土体损失模型,通过引入移动焦点的坐标参数,建立了统一的土体移动模型,该模型能将Park模型与Loganathan模型包括在内。假定土体不排水,利用源汇法推导了由土体损失引起的盾构隧道轴线上方地面最大沉降量Smax的通用计算公式和上、下限解。理论分析表明:无论土质如何变化,土体损失引起的Smax值总在上、下限解范围内。理论解与27例工程实测值和Peck解进行了比较,结果表明:21例实测值在上、下限解范围内,6例实测值超出该范围,但与上、下限解非常接近,超出量小于10%;Peck公式计算得到的Smax值也都在上、下限解范围内,仅有1例略微偏大,从而验证了本文方法的正确性。本文方法也适用于顶管法施工。     

砂性土中顶管开挖面最小支护压力的计算

由于圆形顶管掘进机的长高比为1,开挖面破坏时会形成卸荷拱,滑动块是一个形状复杂的截柱体,并非楔形体模型假定的三角形楔体.假定开挖面失稳时滑动块的形状为一个梯形楔体,滑动块上部为一梯形棱柱.采用太沙基松动土压力理论,根据滑动块的整体受力平衡,推导出砂性土中考虑成层土的开挖面最小支护压力计算公式.算例分析表明,该方法的计算结果要小于楔形体模型的计算结果,更接近离心模型试验结果.     

类矩形盾构施工对地下管线影响的模型试验研究

类矩形盾构隧道开挖使土体以不均匀沉降形式作用于地下管线,导致管线产生纵向变形、破坏。针对类矩形盾构隧道施工,采用室内缩尺寸模型试验,综合考虑管隧相对位置、管线埋深及土体损失率3个影响因素,研究类矩形盾构隧道在砂土地层中施工,地下管线沉降、变形及地表沉降的规律变化。研究结果表明:管隧垂直工况时,管线竖向位移曲线呈高斯分布,竖线位移反弯点出现在隧道轴线附近处,管线弯矩呈"M"型分布,最大竖向位移及弯矩位于隧道轴线正上方;管隧斜交工况所受影响比管隧垂直工况影响更大;管线埋深越大,管线受影响程度越深;管线竖向位移随土体损失率减小相应降低,隧道轴线正上方管线竖向位移与管线最大正弯矩及两个较大负弯矩减小幅度较大,管线两端受影响程度较小;地表沉降受土体损失影响较大,沉降值比管线大。     

邻近盾构隧道的建筑物安全风险模糊层次分析

盾构隧道施工会对邻近既有建筑物产生潜在的安全风险。首次将模糊层次分析法引入对邻近盾构隧道的建筑物安全风险评估中。分析建筑物和隧道的影响因素,遴选出主要因素作为模糊层次评估方法的影响因子,建立了邻近盾构隧道的建筑物风险指标体系。采用专家打分法确定层次分析中各风险评价指标的权重,建立邻近盾构隧道的建筑物风险模糊层次评估模型。运用本文方法,对武汉长江盾构隧道上方的武汉理工大学电教楼进行了风险评估,得到的评估结果符合实际工况,验证了本文方法的可靠性。     

分叉隧道分流局部损失特性及流动特征

搭建同步满足阻力和压力相似的1/20分叉隧道通风比尺模型试验平台,并构建分叉隧道分离流动的三维CFD模型.研究分叉隧道流动特征和分流局部损失特性.结果表明：流速梯度变化和流动分离是产生主线分流局部损失的主因,而匝道分流局部损失还进一步受到流速转向的影响;主线隧道分流局部损失系数基本不受夹角的影响,而匝道分流局部损失系数在分流比小于0.5时,随着夹角的增大而增大,在分流比大于0.5时,随着夹角的增大而减小.利用试验数据修正Bassett公式,建立可准确预测夹角为5°~15°分叉隧道的分流局部损失系数计算公式,从而为分叉隧道的通风计算提供理论参考依据.     

隧道渗漏水分布及控制方法研究综述

近年来我国地铁建设蓬勃发展,但随之而来的是盾构隧道渗漏水问题。渗漏水会导致隧道不均匀沉降,从而又加剧渗漏水的发生,如不加以干预,将形成恶性循环,危及盾构隧道的结构和运营安全。根据现有研究成果,归纳了不同的盾构隧道渗漏水检测方法,分析了盾构隧道渗漏水的分布规律,从管片自防水、接缝防水、注浆防水这三个方面分析了渗漏水的控制方法。最后提出了现有研究的不足之处,对未来盾构隧道渗漏水的研究方向提供了一些建议。     

双圆盾构施工对邻近砌体建筑物影响的数值模拟

采用三维MIDAS/GTS软件,考虑建筑物-土体-隧道共同作用,模拟了双圆盾构隧道垂直穿越墙下筏基砌体结构建筑物的工况,研究隧道施工引起的建筑物附加沉降及荷载,考虑隧道水平位置及墙体层数改变的影响。分析结果表明:随着双圆盾构机穿越建筑物,建筑物的沉降量逐渐增大,完全通过以后建筑物沉降趋于稳定并略有回弹;沿隧道掘进方向的建筑物产生短期不均匀沉降,先从零逐渐增大,随后逐渐减小并趋于零;构件第一主应力最大值σ1和墙体最大剪应变均逐渐增大并趋于稳定。随着隧道轴线与建筑物轴线水平距离从零开始增大,建筑物呈现向隧道一侧倾倒的趋势,基础局部倾斜先增大、后减小;在一定范围内,σ1最大值和最大剪应变基本保持不变,超出后逐渐减小,并接近初始值。随着建筑物层数的增加,墙体最大剪应变呈线性增长,对建筑物造成轻微的损害。