管线渗漏水范围对浅埋隧道围岩变形和破坏的影响

 管线渗漏水是城市浅埋隧道施工安全事故的重要诱因,明确管线渗漏水对浅埋隧道围岩变形和破坏的影响规律是安全事故防控的基础。针对VI级围岩浅埋地铁隧道,采用平面应变模型试验研究管线渗漏水范围对围岩变形和破坏的影响规律。试验结果表明：(1) 管线渗漏水作用下,隧道尚未开挖就产生明显的地表沉降,随着渗漏水范围的增加,地表沉降值和沉降范围也随之增大,但当管线渗漏水范围到达拱顶后,其继续增大对地表沉降的影响程度明显减弱。(2) 管线渗漏水作用下,隧道开挖前地表即产生明显的竖向裂缝,随着地表沉降的增加,裂缝的深度和宽度均同步增加;隧道开挖后,地表竖向裂缝的深度和宽度随地表沉降的变化速率较隧道开挖前有所减小。(3) 管线渗漏水范围越大,隧道开挖后造成地层破坏的程度越剧烈;小范围管线渗漏水情况下,管线渗漏水范围对围岩破裂面形状的影响不大;中等范围和大范围管线渗漏水情况下,管线渗漏水范围的包络线和围岩破裂面高度吻合,且破裂面相对于无渗漏水影响的情况更为陡峭。     

城市浅埋隧道施工过程变形规律

城市浅埋隧道的施工会扰动周围的土体,形成地面不均匀沉降和塌陷,特别是城市浅埋隧道的施工路径对由于隧道开挖所产生的沉降与塌陷具有明显的影响,干扰隧道上方的地面交通、建筑等。使用数值方法模拟不同隧道开挖顺序,研究其施工路径对地层变形的影响规律,有着十分积极重要的意义。以武汉某隧道为研究对象,应用ANSYS有限元分析程序,对不同施工开挖顺序所产生的土体扰动变形规律进行了分析。得出了一些有益的结论并提出了有益的建议。     

复合地层盾构引起地表沉降塌陷研究综述

在复合地层盾构开挖掘进中,常常会遇到密闭舱内土砂粘结、涌水和涌沙等若干问题,从而导致地表沉降、地面塌陷等事故。国内外学者对复合地层地表沉降、支护力与土体位移关系以及地面塌陷机理进行了大量研究,将相关研究成果依据研究方法分类,从理论分析、模型试验和数值模拟对研究现状进行总结。建议对复合地层各覆土层沉降规律、支护力不足时的破坏形状,影响极限支护力因素的粘聚力、内摩擦角及地下水渗流进行深入研究,通过数值模拟分析各覆土层沉降曲线,利用模型试验研究复合地层地面塌陷机理,总结各覆土层沉降规律和地面塌陷模式,从而提出更加适用于复合地层的地表沉降计算公式和地面塌陷破坏模型。     

邻近管线的类矩形盾构隧道施工室内模型试验研究

关于盾构隧道施工引起管线变形和土层沉降的影响,相对于传统圆形盾构,类矩形盾构施工的研究较为少见,具有一定的新颖性。针对类矩形盾构隧道施工对邻近地下管线及土体沉降的影响,采用室内缩尺寸模型试验,考虑正常管线,非连续管线,非连续破损管线以及4种不同深度处的土体沉降的因素,分析砂土地层中,在管隧垂直工况下,类矩形盾构隧道开挖对地下管线变形及土体沉降的影响。试验结果表明:几种形式的地下管线沉降变形规律一致,均关于隧道轴线对称,呈"V"型分布;非连续管线最大沉降小于连续管线,管线两端在隧道宽度范围外的沉降大于连续管线;非连续管线弯矩变化趋势比连续管线缓和,最大正负弯矩值均小于连续管线;非连续破损管线在管线两侧负向弯矩变化较大;深层土体沉降符合高斯分布,土体最大沉降随土层埋深增加呈正比关系增大。     

盾构隧道渗漏水原因及危害研究综述

渗漏水病害已成为目前我国盾构隧道的主要问题之一。研究隧道渗漏水的原因与危害,有助于进一步解决渗漏水问题。根据现有研究成果,对盾构隧道渗漏水的原因与危害进行了总结与归纳,从施工前、施工期间以及工后三个阶段对隧道渗漏水原因进行了分析,将渗漏水模拟方法归纳为等效渗流和接头渗漏;从渗漏水引起的土体孔压分布、隧道沉降和土体(包括地面)沉降等方面对管片渗漏水危害进行了分析。最后提出了现有研究的不足之处,并对盾构隧道渗漏水研究提出了一些建议。     

盾构双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对管线的影响研究

在离心模型试验中同时考虑隧道开挖所致地层损失效应和质量损失效应,研究不同开挖顺序及不同布置形式下双隧道开挖对管线的影响规律。同时采用基于地层损失比的位移控制有限单元法对离心模型试验及其他4组拓展工况进行分析,其中土体本构模型采用考虑土体小应变特性的HP(Hypoplasticity model)模型,并将试验结果与已有的解析方法进行对比。研究结果表明,双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对地表沉降、管线沉降、管线弯曲应变的影响显著;管线存在所产生的"遮拦"效应对管线正上方地表沉降的影响程度随着自由场最大地表沉降的增加而逐渐加剧;双隧道开挖所致管线沉降的主要影响区域为-1.2D_T~1.2D_T;实际工程中应加强浅埋后继隧道开挖时管线工作性状的监测工作,且不应简单采用叠加原理对不同施工工序及不同布置形式的双隧道开挖所致地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变进行预测,应合理考虑后继隧道开挖所致土体的累计剪切应变及上覆隧道的遮拦效应对管–土相对刚度的影响。     

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。     

盾构隧道施工时地层沉降模型试验研究

随着我国经济的发展,地铁已成为改善城市交通拥堵状况的主要途径之一。但地铁隧道的施工却又不可避免地带来诸多安全隐患,例如,由于隧道施工时土层的沉降,导致管线的破裂。本文旨在通过室内大型模型试验研究地铁盾构隧道开挖时上覆土层的沉降分布特征,分别测定不同深度地层的沉降值,通过对试验数据的分析与整理,得出沉降沿地层深度的分布规律。结果表明:同一深度的地层沉降基本符合peck公式曲线;地层沉降槽的宽度值i不会随沉降量的增加而变化,只与该地层的所处深度有关;并根据试验得出沉降槽宽度i的经验公式。     

管隧平行下盾构隧道与管线的模型试验研究

针对地下管线和盾构隧道平行工况,设计了一种模拟盾构隧道施工引起地层损失的模型试验,据此研究了在盾构隧道施工过程中地表沉降的变化规律及地下管线的力学行为变化,为盾构隧道施工提供了依据。     

砂土中隧道施工引起土体内部沉降规律特征的室内模型试验研究

随着城市建设的发展,隧道下穿管线以及建(构)筑物基础事故案例逐渐增多,由隧道施工引起的地层沉降问题日益受到重视。针对这一问题,本文基于室内大型模型试验,以干砂为填料,通过调整模型箱底部沉降条的沉降量模拟了隧道施工过程中地层的沉降。分析了对不同深度土体沉降量、地层损失量,研究不同深度土层沉降规律以及地层损失量变化特征。试验结果表明,沉降槽宽度系数与土层埋深之间具有较好的线性关系;不同深度土层的沉降槽体积不是一个常数,与中心最大沉降量Smax以及沉降槽宽度系数i有直接关系;地层损失量受沉降发展程度、埋深等因素影响。     

公路隧道下穿煤层采空区开挖过程相似模型试验

隧道下穿煤层采空区施工将不可避免地对采空区地层产生扰动,破坏其原有的平衡状态,使既有采空区"活化",进而影响隧道围岩及初期支护的稳定性。开展隧道下穿煤层采空区开挖的室内相似模型试验分析,考虑隧道与采空区不同间距的影响。通过埋设位移计、土压力计及电阻应变计,研究隧道开挖过程中采空区及洞周地层的移动和初期支护的内力特征。测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层移动受采空区与隧道间距的影响显著,间距越小,采空区地层沉降越大、沉降槽曲线越窄、越陡,上台阶开挖引起的地层沉降占总沉降的比例越高,而初支闭合后收敛越快。当间距小于1D时,采空区地层大致处于隧道开挖引起的松动范围以内,并使松动范围进一步扩大,从而增大初期支护上的荷载。钢拱架最大弯矩主要发生在拱脚处,当间距很小时,钢拱架拱脚处弯矩显著增大,同时轴力水平降低、偏心距增大,大大增加了初期支护的失稳风险。试验揭示了隧道下穿煤层采空区开挖过程中地层的移动规律和初期支护受力特征,对指导类似工程施工具有积极意义。     

砂土中隧道施工条件下管土相互作用的室内模型试验研究

为分析砂土中隧道施工条件下管线与土体相互作用的机理,利用室内模型试验,自制模型箱,以江砂为填料,选取高密度聚乙烯管材进行试验。结果表明:在砂土中,与穿既有管线轴线相垂直的下穿隧道施工过程中,管线中间部位主要受下拉效应影响,而上拱效应则支配着管线两侧的变形;管线的存在对土层位移的影响范围约为水平向距管线轴线3倍的直径;随着地层损失量的增大,管线与土层的变形曲率比值逐渐减小,管线的弯矩与应变相应增大;隧道施工条件下管线上覆荷载有增大的趋势,管线中间部位管底土压力逐渐趋于零,管线与土层分离区宽度随着地层损失量的增大逐渐增大并趋于一恒定值;通过对管土相互作用机理的探讨,明确了沉降槽宽度系数i、中心最大沉降量smax以及管线埋深与管径比值H/D等因素对管土相对刚度的影响,基于室内模型试验结果提出了管土相对刚度的计算式。     

深基坑开挖对邻近地下管线影响研究

深基坑开挖会对邻近地下管线较大影响,以杭州临安青山湖湖底隧道基坑开挖工程为研究对象,采用ABAQUS数模模拟软件研究了基坑开挖对邻近管线的影响规律。分析了不同基坑支护作用下管线的变形和位移规律,研究了不同管线种类和与基坑距离对管线变形的影响。研究表明:基坑开挖过程中,基坑开挖深度越大,管线沉降越大;管线越靠近基坑,其变形和位移受基坑开挖影响越大,及时对基坑围护结构进行支撑可以有效控制管线沉降。不同种类管线的变形不同,主要由其弹性模量控制,当管线弹性模量较小时,其沉降较大,基坑开挖时尤其要加强此类管线的监测和防护。     

盾构施工对地下管线影响数值模拟研究

城市地铁隧道盾构施工过程中,由于地层损失引起周围土体变形,从而造成既有近接管线中产生附加应力。过大的附加应力会导致管线破坏,对城市运行造成较大影响。本文采用ABAQUS有限元计算平台,针对隧道与既有近接管线垂直工况,对盾构施工过程中隧道周围土体变形以及近接既有管线的变形和受力特性进行了分析。结果表明隧道正上方的土体随着埋深的增大沉降逐渐增大且各个沉降槽曲线均呈高斯分布;管线变形曲线与土体开挖面所在平面的沉降槽曲线相似,也服从高斯分布;并且隧道周围既有管线对周围土体沉降具有抑制作用。     

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。     

公路隧道下穿双层采空区开挖过程模型试验

双层煤层由于距离较近，采空后冒落带范围相互叠加，下穿隧道施工引起的围岩松动垮塌范围要大于单层采空区，对隧道结构受力和围岩稳定产生不利影响。开展公路隧道下穿双层煤层采空区的室内开挖模型试验，通过埋设地中位移计、土压力盒和电阻应变片，测量了隧道开挖过程中采空区地层移动和初期支护内力特征。测试结果表明，采空区地层沉降主要产生于上台阶开挖至初支闭合阶段，倾角较小时，地层沉降速率较大，沉降曲线较陡，而后期收敛较慢，沉降较大；隧道支护结构承受一定的偏压荷载，且倾角越大，偏压越明显，围岩与支护的最大接触压力出现在采空区对侧的仰拱处。由于采空区地层的松散性，锚杆的作用没有得到充分发挥。钢拱架最大弯矩主要发生在上台阶靠近采空区侧拱脚处；轴力分布不均匀，靠近采空区侧轴力水平普遍偏低，不利于支护结构稳定。随着采空区倾角的增大，初期支护拱顶正弯矩区域向采空区侧偏移，最大弯矩值和最大偏心距都显著增加，支护结构稳定性降低。试验揭示了隧道下穿双层煤层采空区开挖过程中采空区地层移动规律和初期支护受力特征，可用于指导类似工程设计与施工。     

交通荷载下城市路面塌陷问题的试验研究

地下管线渗漏与交通荷载是引起城市道路塌陷的重要原因。本文采用8组室内缩尺模型试验,考虑了荷载类型、管线埋深、管线与流失通道间距、管线与流失通道相对位置和流失通道形成时间等因素,研究了管线渗漏引起的路面坍塌问题。试验结果表明:当流失通道形成较晚时下伏侵蚀空洞呈球形,其余情况下侵蚀空洞形状皆为漏斗形;仅有静荷载作用时,达到最终破坏的时间比仅有动荷载作用时要长;较小的动荷载,能增加渗漏管线上方土体的稳定性,而较大的动荷载则加快了路面塌陷过程;随着流失通道形成时间的增加,形成侵蚀空洞尺寸就越大,地表越容易塌陷;随着流失通道与管线的间距增加,最终路面破坏时长也增加;位于管线上方的土层厚度越大,地下空洞尺寸和地表沉降就越小。     

隧道施工地表沉降控制的离心模型试验

通过对深圳地铁暗挖施工的离心模型试验研究,得到了随时间变化的地表沉降槽变化规律曲线。表明在富水地层控制降水隧道开挖施工中,由于水平旋喷桩具有较好的地层加固和止水作用,可以有效地控制地表沉降。     

浅埋隧道施工扰动下含空洞地层破坏演化规律试验研究

地层中隐伏空洞的存在是浅埋隧道施工安全事故的重要诱因。通过模型试验,系统研究了浅埋隧道施工扰动下隐伏空洞位置和数量变化对地层破坏的影响规律。模型试验结果表明:1浅埋隧道施工扰动下,含空洞地层较无空洞地层的破坏进程更为快速,破坏程度更为剧烈,导致的地面塌陷范围更广。2浅埋隧道邻近地层空洞施工过程中,空洞往往会成为隧道周边围岩破坏的起点,施工前对邻近的地层空洞进行有效处理是防控安全事故的基础。3地层空洞位置和数量的变化会显著改变围岩破裂面角度和破裂面对称性等几何特征,使得地层破坏的发展演化规律更为复杂。4当地层空洞位于隧道斜上方时,空洞对侧(无空洞一侧)区域地表裂缝的出现时间要早于空洞一侧区域,且空洞对侧区域地表裂缝的数量和尺寸均明显大于空洞一侧区域,这也为浅埋隧道施工过程中通过观测地表裂缝分布来推断地层空洞的位置提供了依据。     

软土地层盾构隧道渗漏水量与沉降关系的模拟分析

上海地区的隧道多处于饱和含水的软土地层,施工方法以盾构法为主。隧道的渗漏水往往是引发隧道沉降的主要原因,本文主要从盾构隧道的特点分析了渗漏水的原因,并通过有限元模拟计算,对比分析了渗漏水量对沉降的影响,同时研究了隧道长期沉降的变化规律,为上海地区盾构隧道的施工和防水提供了一定的参考。