地表沉降的双洞体叠加peck公式及数值分析

为解决地下隧道开挖引起地表沉降,结合广州某采用盾构推进形式地铁隧道实例,运用常规理论计算法与数值模拟方法计算地表沉降,研究地表变形特性。结果表明：双孔平行隧道开挖中地层损失是引起的地表沉降的主要因素;土体位移的叠加原理适用,地表沉降槽以两隧道中间位置为轴线基本对称分布在其两侧;地层损失率控制在1．5％～2％时,理论值较为接近模拟计算值。     

软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。     

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%。     

大直径盾构隧道下穿南水北调干渠施工影响分析

以豫机城际铁路隧道下穿南水北调中线干渠为背景,通过FLAC3D三维数值模拟,对施工过程进行模拟,研究结果表明当隧道顶部距离干渠底部32.24 m开挖时,干渠结构相对稳定;当地层损失率控制在0.5%以内及覆土厚度大于2倍洞径时,地表沉降较小;随着地层损失率增大,地表沉降增大,随着覆土厚度增大,地表沉降减小。将数值模拟结果与经验公式预测结果进行比较,结果显示二者吻合度较高。     

新建隧道下穿既有高速公路结构变形特征研究

新建隧道近接穿越高速公路过程中开挖进尺是影响围岩稳定性的重要因素.论文依托新建京张铁路祁家庄隧道台阶法开挖穿越既有G6高速公路工程,运用FLAC3D有限差分软件建立三维数值仿真模型,重点分析不同开挖进尺时新建隧道以及既有高速公路结构变形特征.结果表明:循环进尺大,开挖对地层的扰动越大,增加了围岩失稳情况的发生几率;在隧道下穿交叉段一定范围内对既有公路路基沉降的影响较为明显.通过建立相应模型尽可能地接近工程的实际环境,采用数值模拟的方法对隧道和路基的变形和稳定性加以研究.可以为新修隧道下穿既有公路施工影响的仿真计算方法提供一定的参考.     

基于非均匀收敛模式的双线地铁隧道施工诱发地层变形规律分析

基于位移控制理论,采用双线开挖椭圆化非等量径向土体位移收敛模式,提出了双线地铁隧道施工诱发周围地层变形的位移控制点源解析方法以及位移控制数值模拟方法.算例结果表明,位移控制方法可以充分考虑隧道施工引起的地层损失,可以较好地预测双线平行地铁隧道开挖引起的土体变形.成果可为合理制定双线平行地铁隧道开挖对周围土工环境的保护措施提供一定的理论依据.     

超大直径盾构下穿高铁路基的沉降数值分析

为探究超大直径盾构隧道下穿城际铁路路基沉降规律,以中国武汉两湖隧道工程为例,基于Plaxis有限元软件,建立了铁路路基-土体-隧道的三维精细化数值模型,探讨盾构掘进过程中地层损失率、开挖面支护压力、盾尾注浆压力对隧道上方城际铁路路基沉降的影响．结果显示,盾构下穿复合地层的过程中,高铁路基道砟层表面在盾构掘进方向上会发生不同程度的沉降;当盾构掘进引起的地层损失率从1.0%增加到1.6%时,铁路路基的最大沉降从18.86 mm增加到22.71 mm,增大了20.4%;当开挖面支护力处于隧道拱顶侧向静止土压力的0.7～1.4倍时,不同工况下盾构掘进引起的铁路路基变形差异较小（小于0.67 mm）;注浆压力对铁路路基的沉降影响明显,随着注浆压力增大,铁路路基的沉降明显减小．当隧道拱顶注浆压力增大到拱顶侧向静止土压力的3倍（648 kPa）或以上时,沿铁路路基的最大差异沉降未超过规范要求（≤5 mm/10 m）．研究结果可为超大直径盾构下穿高铁路基时掘进参数的设置提供参考．     

平顶隧道下穿人防隧道的影响研究

以青岛某段新建平顶隧道下穿"回字形"既有人防隧道为例,采用三维有限元方法对此段隧道的三导洞开挖方式进行数值模拟.开挖过程中引起的人防隧道变形,严重时可能导致地层倒塌,与此同时,由于受既有人防隧道的影响,新建隧道的衬砌可能会受到受力及变形影响、对此进行分析,为设计与施工提出合理建议,也为类似工程施工提供参考.     

大断面公路板岩隧道开挖与支护数值模拟研究

为了研究上下台阶法和CD法等不同施工工法及不同开挖步距下对大断面板岩隧道开挖围岩受力及变形的影响规律,基于有限元基本原理对各■隧道的施工工况进行模拟分析,得到了隧道开挖过程中软弱围岩的应力场和位移场,并对隧道围岩稳定性进行了探讨.研究结果表明:采用两台阶法模拟隧道开挖过程中整个施工过程中应力最大值为3.550 MPa,洞室周边的应力影响范围为5～20 m,在隧洞跨径的1.5倍以内;采用CD法模拟隧道施工时洞周发生的位移较小,拱顶下沉和水平收敛的位移量与两台阶法施工的位移量相比分别减少了27.8%和34.0%;模拟不同开挖步距下隧道拱顶沉降和水平收敛的位移变形大致表现出二次多项式的函数关系,为隧道施工期的安全稳定及控制技术提供数据支撑及理论依据.     

土石混合体地层中基坑开挖对邻近既有隧道影响

为解决土石混合体地层中基坑开挖引起的隧道响应问题,基于离散单元法采用数值模拟手段进行研究。采用颗粒流数值计算软件PFC2D对土石混合体微观结构、隧道管片结构及基坑围护结构进行精细化建模及施工过程模拟,并针对隧道位于基坑开挖引起的主动土压力区及被动土压力区两类位置条件下,地层含石率w对基坑开挖引起的隧道结构响应影响规律进行系统性研究。结果表明:隧道位于基坑开挖主动土压力区时,量值大于60%前提下的含石率提升导致隧道周围逐渐形成具备较好抗剪性能的连续块石骨架体,从而抑制侧面开挖引起的隧道结构响应。隧道位于基坑开挖被动土压力区时,量值小于75%前提下的含石率的提升对上方开挖引起的隧道结构响应起到抑制作用;含石率大于75%时,含石率的提升无法为上方开挖引起的隧道结构响应提供抑制作用。     

Three-dimensional finite element analysis on effects of tunnel construction on nearby pile foundation

A three-dimensional finite element simulation was carried out to investigate the effects of tunnel construction on nearby pile foundation. The displacement controlled model (DCM) was used to simulate the tunneling-induced volume loss effects. The numerical model was verified based on the results of a centrifuge test and a set of parametric studies was implemented based on this model. There is good agreement between the trend of the results of the centrifuge test and the present model. The results of parametric studies show that the tunnelling-induced pile internal force and deformation depend mainly on the pile-tunnel distance, the pile length to tunnel depth ratio and the volume loss. Two different zones are separated by a 45° line projected from the tunnel springline. Within the zone of influence, the pile is subjected to tensile force and large settlement; whereas outside the zone of influence, dragload and small settlement are induced. It is also established that the impact of tunnelling on a pile group is substantially smaller as compared with a single pile in the same location with the rear pile in a group, demonstrating a positive pile group effect.     

Response of carrying capacity of piles induced by adjacent Metro tunneling

Construction of tunnels in urban areas requires assessment of the impact of tunneling on the stability and integrity of existing pile foundations. We have focused our attention to the analysis of the carrying capacity of pile foundations provided by the impact of construction of urban tunnels on adjacent pile foundations, under the engineering background of the construction of the # 2 Line of the Guangzhou subway. It is carried out using a fast Lagrangian analysis of a continuum in a 3D numerical code, which is an elastoplastic three-dimensional finite difference model, to simulate the response of piles under the entire process of metro tun-neling (deactivation of soil element and activation of the lining). The adjacent stratum around the tunnel is classified into three re-gions: Zone Ⅰ(upper adjacent stratum of tunnel), Zone Ⅱ (45°-upper-lateral adjacent stratum of tunnel) and Zone Ⅲ (lateral adjacent stratum of tunnel). In each region one typical pile is chosen to be calculated and analyzed in detail. Numerical simulations are mainly conducted at three points of each pile shaft: the side-friction force of the pile, the tip resistance of the pile and the axial loading of the pile. A contrasting analysis has been conducted both in the response of typical piles in different regions and from computer calculated values with site monitoring values. The results of numerical simulations show that the impact on carrying ca-pacity of the piles lies mainly in the impact of construction of urban tunnels on the side-friction forces and the tip resistance of piles. The impact differs considerably among the different strata zones where the pile tips are located. The complicated rules of side-friction force and tip resistance of piles has resulted in complicated rules of pile axial loading thus, in the end, it impacts the carrying capacity of pile-foundations. It is necessary to take positive measures, such as stratum grouting stabilization or foundation underpinning, ete, to deal with the carrying capacity and the settlement of pile-foundations. The results are of value to similar engi-neering projects.     

桩基础承载过程对近距离地铁隧道影响机制分析

为更好地了解桩基础承载过程对已建成隧道的长期影响,通过改进离心场桩基加载装置和试验监测设备进行离心试验,分析桩基础承载过程对邻近已有隧道的变形及受力影响,在试验中考虑了参数变化(不同桩顶荷载以及桩基础与隧道结构净距)因素,并基于试验结果对桩-土-隧道之间的相互作用进行了探讨.结果表明:承载桩基会引发临近地铁隧道结构变形,且以沉降变形为主,隧道截面影响区域横向变小,纵向变大;相对于隧道双侧存在承载桩基础,单侧桩基础荷载造成隧道所受弯矩分布向桩基础方向发生明显偏转,隧道结构向桩基础方向产生一定扭曲;桩基础承载所致附加应力会在隧道结构体产生应力集中效应,隧道拱腰部位是桩基受荷所引发土体附加荷载主要承受区;隧道结构会在承载桩周所产生的附加应力场中产生加筋阻拦效应,明显缓释桩周摩阻力在相同位置处的传递,桩顶荷载越大,缓释的程度越明显.     

地铁盾构下穿立交危险断面的数值模拟

依托合肥地铁盾构下穿五里墩立交工程项目,结合有限差分软件计算,分析施工过程中4个危险断面的地表变形及桩基变形规律. 研究表明:右线隧洞盾构引起地表沉降槽呈单峰型,左线隧洞盾构后沉降槽呈双峰型;当左右线隧洞距离较近时沉降量变化仍呈现单峰型,当左右线隧洞距离较远时,地表沉降量变化则呈现双峰型;桩基距离隧洞越近,其沉降变形越大,实际情况也会越危险;地铁近距左右线隧道盾构依次开挖对土体产生的扰动具有叠加效应,且叠加效应明显. 以数值分析来考虑区间变形,方法简洁可行,从思路上为类似工程分析提供参考.     

隧道开挖对邻近桩基影响的两阶段分析方法

隧道开挖过程中必然引起周围土体的侧向移动,从而使邻近桩基产生水平变形和附加弯矩。目前有限元数值模拟法建模与计算过程较为繁琐,为了解决隧道开挖下桩土相互作用问题,基于Winkler地基模型,采用两阶段分析方法,建立了隧道开挖条件下被动桩受力分析模型,推导出桩土相互作用控制方程,并基于有限差分思想给出近似解的形式。最后结合工程实例表明,该近似解与现场监测数据较为吻合,能够有效地分析隧道开挖对邻近桩基的影响。     

深圳地铁浅埋暗挖隧道地层变形分析

地铁隧道施工扰动地层，必然造成相应的地层变形，并且在不同条件下变形量表现出较大的差异．通过对深圳地铁Ⅰ期工程3A标国老区间隧道砂质地层深部位移的现场实测和分析，得出了深圳富水软弱含砂地层中浅埋暗挖法施工地层运动的基本规律．该类地层具有变形量大的显特点，并且地表沉陷具有突发性，地层损失率高达9．2％，远大于普通地层．结合地质及工程条件对地层大变形机理及其主要影响因素进行了分析．在此基础上提出了控制地层大变形的技术措施，在Ⅰ期工程的后期施工中得到充分利用且取得较好的指导施工效果．     

地铁高架桥列车振动荷载对邻近构筑物受力变形的影响分析

为分析新建地铁高架桥运营期列车振动荷载对近接敏感构筑物的影响,结合长沙地铁1号线北延线高架桥上跨既有高速公路与干线铁路,两侧紧邻既有桥台桩基和框架桥,建立列车振动荷载下高架桥-地层-既有结构的动力耦合数值模型,分析了地层与既有结构的不同深度动力响应随时间变化规律,以及列车运行速度、轴重、近接距离、地层加固模量、阻尼比分别对桥台桩基和框架桥的水平位移、速度和加速度的影响规律。结果表明：列车振动作用下地表沉降值约为水平位移的40%,地层变形以水平位移为主;框架桥的变形、速度、加速度变化趋势与桥台桩基类似,但其绝对值相对较小,而桩基和框架桥不同深度的动力响应特征明显不同,桩顶和框架桥顶板受影响较大;既有构筑物的动力响应随速度的增加先减小后增大,且在低速区变化幅值较小,80km/h为列车的最佳运行速度;既有结构的动力响应随列车轴重的增大近似呈线性增大的关系,轴重相对于速度对动力响应的影响明显;近接距离越小,框架桥的动力响应越大,高架桥新建桩基与框架桥水平距离小于桩径的4倍时,需采取加固措施;动力响应随加固区刚度增大而减小,地层模量达到300MPa后,继续提高加固强度对降低响应的效果不明显。研究成果可为类似工程的建设与运营提供有益借鉴。     

钻孔灌注桩施工过程对邻近隧洞影响数值分析

针对单排钻孔灌注桩施工过程对邻近隧洞的影响问题,运用FLAC3D建立三维简化模型,分析隧洞与桩间距S、桩长L对既有隧洞变形的影响规律。研究结果表明:隧洞竖向位移与S大致呈分段线性变化规律;为保证桩基施工过程中的隧洞结构稳定,S不宜小于6 m;桩长改变了桩底与隧洞在水平位置的关系,对既有隧洞的位移影响表现为有峰顶的双段线,桩底高程宜避免位于隧洞拱顶和拱底之间。