土体应变软化对盾构掘进面稳定性的影响

随着盾构隧道的大量兴建,掘进面稳定性的合理分析显得十分重要。采用有限差分法程序对应变软化砂土的剪切带进行模拟,分别与实验结果和解析结果比较,验证了数值方法的正确性。建立盾构隧道的三维数值模型,分析不考虑渗流时土体应变软化对掘进面极限支护压力的影响,对比渗流条件下考虑应变软化和不考虑应变软化时盾构掘进面极限支护压力的差别,以及相应的土体位移、塑性区范围和地表沉降的不同。结果表明,考虑应变软化时数值都明显增大,更容易导致掘进面失稳。同时探讨了剪胀角和内摩擦角的不同软化行为对掘进面稳定性的影响。最后,考虑了土体的应变软化行为,对天津地铁九号线施工中的支护力进行预测,预测的结果与工程监测值相吻合。     

大直径盾构穿越桥梁桩基的安全性分析

以天津地下直径线为依托工程,以大直径盾构近距离穿越金刚桥桩基为例,利用MidasGTS软件建立三维模型,对盾构施工过程进行数值模拟,通过对比金刚桥6号和7号桩基在加固和没加固处理条件下盾构掘进对桩基位移的影响,分析了盾构穿越后金刚桥桩基的安全性.计算分析表明,选择隔离加固桩基,可有效减小盾构施工造成的桩基位移,加固效果明显,为盾构施工安全穿越金刚桥桩基提供了依据.     

一侧有建筑物时盾构引起地表沉降的数值分析

本文利用有限元程序 Midas/GTS,综合考虑土体非线性、土体与盾构作用、注浆压力、千斤顶推力、密封舱土压力等要素,建立了隧道-土-桩基-建筑物三维非线性有限元模型,研究地表一侧存在建筑物时及盾构施工参数对地表沉降的影响。通过三维仿真数值模拟得出以下结论：地表存在建筑物时,地表沉降最大值比无建筑物时要小,且最大沉降值背离建筑物方向,偏离盾构中心轴线;盾构支护压力越接近侧向静止水土压力地表沉降越小,合理的控制盾构施工参数（注浆压力、盾构机千斤顶推力）可以有效减小地表沉降。     

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

泥水盾构施工引起的地面固结沉降实例研究

通过对杭州钱塘江隧道泥水盾构施工的分析,研究了泥水盾构施工引起的地面固结沉降的特点,提出划分地层损失沉降和固结沉降的实用方法,总结了盾构施工引起扰动土体固结沉降的机理、影响因素及控制措施.分析表明：无论是地层损失沉降还是长期沉降,均可用Peck公式较好地拟合;横向地面固结沉降曲线不符合高斯曲线形式,一般隧道轴线或附近地面固结沉降最大,向两侧递减;扰动土体固结使得横向沉降槽不断拓宽;软土地区盾构隧道施工,可取地面沉降曲线或沉降速度曲线的转折点作为地层损失沉降和固结沉降的界限;通过优化泥水盾构掘进参数,可减少施工扰动,从而降低固结沉降量和固结沉降时间.     

砂卵石地层盾构施工引发的滞后地面塌陷机理

针对砂卵石地层盾构施工地面突发塌陷频发的情况,结合成都地铁1、2号线地面塌陷实例,研究了盾构施工引发的滞后地面塌陷机理;分析了砂卵石地层地质条件,利用大型三轴剪切试验获得其力学特性;选用颗粒离散元法进行数值计算,通过三轴数值试验标定了土体的细观参数;通过数值计算模拟了开挖面失稳和空洞向地表移动。研究结果表明,当开挖面支护压力较小时,位移大于0.1m的颗粒接触力极低,该区域的土体孔隙率变大、力学性质也降低,该区域是开挖面失稳区,掘进过后将在盾构上方形成空洞;砂卵石层开挖面上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞,也不会立刻引起地面塌陷,这是地面滞后塌陷的重要原因。     

新建盾构隧道下穿施工对既有矿山法隧道的影响

考虑时空效应的新建盾构隧道下穿既有矿山法隧道的特征计算,对相关工程风险控制研究有着重要意义.以郑州地铁1号线二期区间新建盾构隧道下穿既有出、入段线矿山法隧道为例,应用有限差分软件,对盾构施工所引起的土体沉降和既有矿山法隧道内力变化进行数值模拟分析.结果表明:新建盾构隧道施工完成后,隧道围岩产生非均匀分布的位移,既有出、入段线矿山法隧道上、下土体的最大沉降量为11.51 mm,既有矿山法隧道衬砌结构内力变化不大.     

盾构隧道同步注浆浆液压力时空分布规律

盾构隧道施工过程中同步注浆浆液压力变化对邻近管片结构内力分布有较大影响,为实现对注浆压力的精细化控制,保证盾构安全掘进,研究浆液压力的时空分布规律.在考虑浆液粘度和地层渗透系数时变性的基础上,统一了同步注浆过程中浆液填充、扩散与消散过程,得到了浆液压力沿管片环向与纵向分布的理论计算式.依托工程实例及浆液流变试验结果,建立数值模型,得到了浆液压力沿管片三维时空分布规律.研究表明:同步注浆过程中浆液固结及注浆压力的衰减对浆液压力分布影响较大.浆液粘度增大,浆液流动性与地层渗透系数逐渐减小,使浆液压力沿管片扩散及消散幅度减小,进而影响管片内力分布.考虑了浆液压力时空变化特性的计算模型使管片受力特征与现场实测结果更加接近.研究成果为精细化分析施工阶段管片受力提供了计算依据.     

盾构掘进对邻近桩基影响及托换桩加固效果分析

以广佛线地铁菊村至西朗区间盾构隧道下穿某车库桩基为背景,利用有限差分软件建立相应的三维仿真计算模型,分析盾构掘进引起的地层位移及邻近桩基的变形,并对桩基托换加固方案的加固效果进行了研究,对桩基托换的主要影响参数进行了讨论.结果表明:在上软下硬复合地层中,桩基托换法可以有效地降低盾构施工对邻近既有桩基的影响,托换桩桩长与既有桩基沉降呈非线性关系.     

盾构开挖对桩基内力和变形的影响

为研究盾构开挖对建筑物的影响,以某6层框架结构为研究对象,考虑上部结构-桩基-土体的共同作用。采用有限元软件ABAQUS6.14-1建立了盾构隧道、土体、桩基、上部框架的整体三维有限元模型,计算分析盾构下穿框架结构对桩基础变形和内力的影响。有限元计算结果表明:桩距盾构轴线的距离不同对桩底水平位移的影响比桩顶大,不同位置的桩的轴力受盾构开挖的影响各有不同,当开挖面推进到桩轴线并前进4倍洞径以内时桩的水平位移、弯矩和轴力的变化最为显著,桩上部所受弯矩较大且距地面0.2倍桩长处弯矩最大,应用采桩基础托换的方法减小该位置处的桩身弯矩。     

盾构隧道下穿既有城市隧道施工力学分析

针对合肥地铁1号线盾构下穿南一环下穿隧道工程存在的安全风险,运用 FLAC3D实现了隧道盾构开挖的模拟,分析了盾构推进过程中下穿隧道结构以及在建隧道应力应变分布规律。研究表明：盾构机在监测断面前后20m范围内掘进对下穿结构竖向位移和拱顶沉降影响最大,处于盾构隧道上方及中心线上的监测点沉降变形较大;下穿隧道的底板南北侧出现拉应力,拉应力最大值达到1.088MPa。开挖结束,盾构隧洞周围土体最大隆起位移为6.22mm,最大沉降为4.96mm;最终两个隧洞周围土体位移分布规律基本一致。拱顶沉降随开挖的变化规律与监测点相似。根据模拟结果提出的施工防护措施有效,沉降实测值均在预警值以下,模拟结果与实测结果规律基本一致,模拟效果较好。     

临近隧道基坑开挖中土体加固的敏感性分析

结合某软土地区基坑开挖对邻近隧道纵向影响保护方案,利用ABAQUS动态模拟基坑开挖对临近隧道纵向变形及隧道断面弯矩的影响,对比分析坑内三轴搅拌桩土体加固强度与加固深度作为保护方案的敏感性。分析得出:随着加固强度的增加,隧道纵向位移有显著减少,达到一定值后,约束作用明显减弱;加固强度的增加对隧道纵向截面弯矩影响较弱;加固深度对隧道的变形有明显的抑制作用,但并非加固深度越深越好;地下连续墙、被动土体加固对临近基坑开挖引起的位移具有阻断作用;针对本案例,提出最优加固强度200 MPa及加固深度6 m,这既能对隧道变形起到很好抑制作用,又能实现最优的经济效益。     

隔离桩对盾构掘进引起邻近高铁桩基水平位移的影响分析

在城市建设过程中,盾构隧道开挖对邻近既有高铁桩基产生较大威胁,在隧道和高铁桩基之间打入隔离桩可以有效减小盾构掘进对高铁桩基的影响。在研究桩土相互作用领域中,Winkler地基模型和Pasternak地基模型得到了广泛的运用。基于这两种地基模型,采用差分法,利用Maple数学运算软件对某实际工程案例分析,将计算结果与已有工程监测数据进行对比验证,并深入分析隔离桩各项参数对高铁桩水平位移的影响。结果表明,当隔离桩弹性模量较小时,Pasternak地基模型计算结果比Winkler地基模型更加精准;随着隔离桩桩径的增大,高铁桩基水平位移显著减小;在隔离桩桩体参数不变的条件下,缩短隔离桩与隧道中心线的水平距离能减小高铁桩基的水平位移。     

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。     

复合地层全断面硬岩隧道掘进机下穿立交桥研究

针对全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)在城市中掘进对既有物的变形问题,依托青岛地铁4号线某区间隧道下穿立交桥的实际工程背景,采用数值计算的方法,根据实际工程情况建立双隧道下穿立交桥,综合分析隧道下穿市政桥梁的应变规律,监测桥梁多点位移,提出隧道正交下穿桥梁的薄弱点加固措施.结果表...     

南通地铁盾构下穿既有建筑诱发基础沉降分析

针对盾构机下穿既有建筑问题,以南通地铁1号线环城东路站至中级人民法院站盾构区间下穿森大蒂花苑老旧居民区为研究对象,基于现场沉降监测,进行盾构施工对既有邻近建筑基础沉降的影响分析,针对盾构隧道下穿该老旧居民区进行数值模拟,综合考虑上部建筑荷载及盾构施工对围岩的扰动,对建筑物基础沉降进行分析。结果表明：盾构机在高富水砂土、粉土中掘进时,由于对地层的扰动和孔隙水消散等原因,易使机头扭转,造成掘进不稳定,最终引起地表沉降;而通过设置合理的土压力值,保持掘进面平衡,尽量使盾构机平稳通过,同时做好注浆、衬砌与地层间缝隙填充等工作,能够有效减小盾构引起的地表沉降。     

平行双孔隧道开挖变形三维数值分析

基于Gibson土建立平行双孔隧道的三维实体结构计算模型,考虑衬砌与周围土体的共同作用,并在盾构开挖面处施加表面力以模拟切削刀盘的推进力效应,分析平行双孔隧道同步开挖及不同滞后距离异步开挖时隧道相互作用所引起的周边土体变形及收敛形式。研究表明,平行双孔隧道异步开挖时,滞后距离对超前开挖隧道周围的竖直沉降影响微小,而对后挖隧道断面竖直沉降以及左右隧道水平位移的影响较大;随两隧道间距的增加,开挖时相互的影响会随之减小。     

软土基坑引起下卧隧道隆起的非线性流变

软土地区深基坑开挖改变了周边土体的初始应力,引起周边土体的位移,对周边构筑物造成不均匀沉降、混凝土开裂等不利的影响,并且可能危及临近地铁隧道的安全.对基坑开挖引起的下卧隧道的隆起变形进行了研究并提出了实用的预测方法.基坑开挖土体卸载引起的土体变形采用了Boussinesq应力解进行求解,隧道反力引起的土体变形采用了弹性半空间Mindlin应力解进行分析.隧道本身变形采用了弹性的地下连续梁进行分析,并且考虑隧道与土体的相互作用.通过引入软土的非线性流变模型,考虑了软土变形的时间效应,因此可以对复杂开挖过程进行模拟分析.还对基坑开挖对隧道隆起的效应进行了讨论,通过上海市某重点工程实例的隧道隆起量的预测结果与实测值对比分析,隧道隆起的监测结果证实了该方法的有效性.