考虑桩基剪切效应的盾构开挖对邻近桩基水平向变形分析

盾构隧道开挖将引起土体卸荷,会对邻近既有桩基产生不利影响,为探究既有桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应规律,针对已有研究的不足,提出了一种在邻近盾构开挖下能考虑桩基剪切效应的计算桩基水平向响应的简化算法。首先既有桩基被视为置于Pasternak双参数地基上的铁木辛柯梁,然后由两阶段法建立起考虑桩基剪切效应的桩基水平向变形控制微分方程,利用有限差分法解得附加荷载作用下的桩基水平向变形解析解。通过离心试验、监测数据的对比,验证了该方法的合理性。并在给定的桩土参数下,把同时考虑桩基剪切和弯曲变形的解析解与只考虑桩基弯曲变形的退化解进行对比,发现较之于欧拉–伯努利梁法,盾构对桩基扰动程度的影响,扰动越大,剪切效应体现越明显,由铁木辛柯梁法计算的位移值与弯矩值更接近实测数据。     

考虑空间效应的基坑开挖对邻近隧道影响分析

基坑开挖引起的围护结构变形将引起周边土体的卸荷,而土体卸荷将会对邻近隧道附加变形及内力产生不利影响。考虑围护结构变形的空间效应,建立了基于基坑侧壁位移影响的三维土压力卸载计算模型,并借助Mindlin解得到了基坑开挖卸荷在隧道轴线处引起的附加应力。考虑地基土体变形连续性,将隧道视为置于Pasternak地基的Euler-Bernoulli梁,得到了隧道附加变形的受力响应。将基坑开挖引起的附加荷载施加于邻近隧道,得到了考虑空间效应的基坑开挖诱发邻近隧道附加变形的理论计算方法。通过与已有案例的对比分析,验证了本文方法的可靠性。进一步分析了围护墙最大变形、隧道与基坑边距离及地基模量等因素的影响规律,结果表明：围护墙最大变形的增大会进一步增加隧道的变形及内力,而隧道与基坑边距离及地基模量的增加,则会减小隧道的附加变形及内力。     

基坑开挖对邻近隧道纵向位移影响的计算方法

基坑开挖卸荷会对邻近隧道产生影响,因此有必要对隧道的变形进行预测,确保隧道正常运行.针对目前计算模型的分析方法未考虑基坑壁应力卸荷对隧道位移的影响,以及有限元分析过程较为复杂繁琐,提出采用Mindlin解计算基坑壁与坑底卸荷的附加应力.然后将隧道结构视为弹性地基无限长梁,将开挖引起的附加应力施加于隧道结构上,建立隧道结构纵向变形方程,从而得到隧道位移及内力的计算公式.最后,将计算方法与数值模拟算例、工程实测进行对比分析,计算结果与其较为吻合.     

基坑降水开挖对邻近隧道附加变形和内力分析

近接隧道基坑开挖必然会导致隧道产生附加变形和内力。针对目前基坑开挖忽略降水作用的问题,文章提出考虑基坑降水引起隧道附加应力的计算方法。分析结果表明:①基坑降水对隧道的附加变形和内力均有较大的影响,在研究近接隧道基坑施工时不可忽略;②各参数均对隧道附加变形和内力有显著影响,其中与隧道平行侧基坑开挖尺寸对隧道影响最大;③初始水位高度和基坑开挖深度越大,给水度大小对降水开挖引起的隧道附加变形和内力影响越明显。     

邻近地铁隧道基坑开挖变形及控制分析

为探究基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,文中采用Plaxis模拟分析软件,对比分析了不设置和设置中隔墙(MPW)两种工况下基坑及隧道结构的变形情况。模拟结果表明,中隔墙可以有效减小基坑边缘土体的位移,并改变隧道总体位移量及方向;设置中隔墙后,围护结构最大水平位移点将向下偏移,同时可以有效减小隧道上方土体的总体沉降量和隧道衬砌结构的不均匀沉降情况;除此之外,隧道结构所受内力也将减小。因此中隔墙可以有效控制基坑及隧道结构的变形。     

基坑开挖引起邻近盾构隧道转动与错台变形计算

基坑开挖会对邻近盾构隧道的变形产生显著影响。考虑基坑开挖时卸载在隧道轴线处产生的附加应力,建立了综合考虑剪切错台变形和刚体转动变形的隧道变形计算模型,结合最小势能原理推导出隧道的纵向变形量、环间错台量、环间转角和环间剪切力的计算公式。选取两组工程实例进行分析,将计算结果与实测数据进行比较。研究结果表明:邻近并平行于盾构隧道的基坑侧壁的卸荷效应对旁边隧道的影响最大;隧道水平位移最大值附近的管片基本不发生错台变形和刚体转动变形,环间剪切力值也很小;而在隧道水平位移曲线的反弯点处,隧道的剪切错台量、环间转角和环间剪切力值达到最大;在基坑开挖工况下,邻近隧道的水平位移变形模式以剪切错台为主,刚体转动为辅。     

基坑开挖对邻近隧道变形影响的解析方法研究

随着城市地下空间工程建设的不断发展,在毗邻既有隧道处进行基坑工程施工已经成为常见的现象。基坑开挖会破坏原有地应力场,进而对邻近隧道产生影响,因此研究相应的应对措施是必要的。基于此,本文将隧道简化为作用在Pasternak地基上的Timoshenko梁,建立了基坑卸荷引起的隧道变形理论计算模型。以合肥大学城深基坑项目为工程案例,分别通过考虑小变形应变特性的Plaxis三维数值模型和理论模型进行计算,并将两个结果分别与现场实测数据进行对比分析。结果表明：模拟计算结果与实测结果基本吻合,最大位移偏差仅为0.6 mm,说明考虑小变形应变特性的本构模型可以很好反映土体应力和变形情况;本文提出的理论模型计算结果与实测结果十分吻合,且理论模型计算结果相比模拟结果更接近实测值,说明所提出的理论模型可以更准确有效地分析基坑开挖效应对侧卧地铁隧道的变形影响。     

基坑开挖引起邻近既有隧道变形的影响区研究

既有隧道会因邻侧基坑开挖卸荷产生变形,对隧道正常使用和安全产生影响,其变形控制至关重要。基于大量工程案例资料,以天津市某邻近既有隧道深基坑实测资料为基础,采用考虑土体小应变刚度特性的有限元方法对基坑施工对坑外既有隧道变形影响规律进行了参数分析,结合不同规范变形控制标准,划分了不同围护结构变形模式和最大水平位移条件下坑外既有隧道变形影响区。研究结果表明,坑外变形影响区大致可简化为直角梯形形状。根据实际工程基坑围护结构可能产生的变形形式、最大变形和隧道与基坑的相对位置,可根据该影响区预估隧道可能产生的变形。围护结构变形模式和变形控制值相同条件下,变形影响区范围随着围护结构最大水平位移增大而增大;围护结构最大水平位移和变形控制值相同条件下,围护结构悬臂型变形模式下变形影响区范围最小,内凸型和复合型次之,踢脚型最大。     

基坑开挖对邻近隧道的影响研究

随着地铁运营里程的快速增长及市区土地资源的紧缺,越来越多的工程建设活动不可避免地临近已运营地铁隧道。其中,深基坑的开挖会打破周围土体原有应力平衡,使临近地铁隧道产生附加内力与附加变形,对地铁的正常使用和安全性产生重要影响。通过分析现有研究成果,将基坑开挖对隧道影响的研究方法归纳为四种,分别是:经验预测、数值模拟、现场实测及缩尺试验,并提出每种方法存在的不足之处,为后续研究提供思路。     

基坑开挖对邻近建筑及地铁隧道的影响研究

利用Midas GTS NX对基坑开挖引起的邻近建筑及地铁隧道变形情况进行三维建模分析,并对减少基坑开挖引起的邻近建筑物沉降方案进行研究.研究结果表明:基坑开挖后建筑物地下室整体表现为沉降变形的趋势,采用单排桩支护形式,建筑物的倾斜度会达到规范临界值,研究结果可为今后类似工程提供一定的借鉴和参考.     

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。     

Longitudinal structural modelling of shield tunnels considering shearing dislocation between segmental rings

Shield tunnels in soft deposits are often subjected to differential settlement and longitudinal structural deformation during long-term operation. Since the shear stiffness in circumferential joints between rings is relatively low, shearing induced dislocation between segmental rings becomes a significant aspect of longitudinal deformation of tunnels. The longitudinal deformation mode comprises both rigid rotation of segmental rings (bending mode) and dislocation between rings (dislocation mode). The existing modelling method is usually based on Euler–Bernoulli beam theory, which only considers the bending effect and ignores the shearing deformation. This paper proposes a new longitudinal structural model to consider the shearing dislocation between rings. In the proposed model, the tunnel is simplified as a homogenous Timoshenko beam, and an equivalent shear stiffness is proposed to consider the influence of joints. Since Timoshenko beam theory considers both flexural deformation and shear deformation of the beam, it can describe the actual deformation mode of a tunnel reasonably. The proposed model is compared with the traditional Euler–Bernoulli beam model based on a field measured longitudinal deformation of a Shanghai metro tunnel. The results indicate that the traditional Euler–Bernoulli model overestimates the longitudinal internal forces of a tunnel. The proposed model based on Timoshenko beam theory predicts a smaller joint opening and a greater dislocation between rings than the Euler–Bernoulli beam model.     

不考虑开挖扰动影响的隧道涌水量预测模型试验研究

 采用大型施工及运营期矿山法隧道渗流模型试验系统,在不同的注浆圈和初衬渗透系数下,不考虑隧道开挖的扰动影响进行涌水量预测,并以Visual-modflow软件进行数值建模分析,结果表明：两者涌水量结果和规律基本吻合,随注浆圈或初衬的渗透系数减小,其试验平均涌水量值均呈非线性下降,各工况单次试验测试值的离散性也逐渐减小,而降低注浆圈渗透系数对涌水量的影响更为明显;改变注浆圈渗透系数,各工况连续采集涌水量结果呈先减小后增大至逐渐平衡的趋势,而改变初衬渗透系数则呈现涌水量逐渐减小直至平衡的趋势;非扰动开挖使地下水向隧道内汇集,隧道周围水力坡度明显增大,等水位线分布密集,掌子面附近等水位线沿隧道开挖方向凹陷;完善的防水体系(初衬及注浆圈)对保持地下水稳定起到显著作用,可有效减弱局部水力联系,减小渗流影响范围,地下水降幅也明显减小。研究方法及成果对类似工程设计和施工具有一定的指导作用。     

深基坑开挖对周边环境变形影响监测实例

工程建设过程中对施工引起的变形要求越来越严格。本文以实际工程为研究背景,对基坑施工时周边环境的变形规律进行了详细分析。以期对今后从事类似工程建设提供参考和积累经验。     

平行隧道开挖引起上方既有隧道的纵向变形研究

城市地铁隧道大多数采用平行双洞的布置形式作为隧道设计施工方案,根据不同的地层条件等因素采用盾构法或暗挖法施工。由于城市地下空间变的越来越拥挤,研究新建平行双洞隧道施工过程中对邻近既有隧道的影响程度问题显得尤为重要。本文基于两阶段分析方法研究预测平行双洞隧道开挖引起上方已建隧道的纵向变形的简化解析方法。首先,采用两高斯曲线叠加,计算新建平行双洞隧道施工引起的作用在既有隧道上的附加荷载。然后,将既有隧道考虑为Winkler 地基上的Timoshenko梁,建立既有隧道纵向变形的基本微分方程,并基于Galerkin 法进行求解。将本文提出的简化解析方法得到的结果与工程沉降实测数据进行对比以验证本文提出的预测方法的合理性。最后,进行了参数敏感性分析,研究了不同隧道相互位置、地层损失率、相对抗弯刚度和地层土性参数等对结果的影响规律。     

考虑时空效应的隧道开挖及降水引起的地层变形计算

隧道降水及开挖引起的地层变形在时间上和空间上是不断发展变化的,目前国内外针对这一问题的研究大多只考虑最终的地表沉降。本文采用随机介质理论和岩土固结压密理论,考虑隧道开挖前降水以及隧道开挖施工引起的地层变形随时间的变化过程,对隧道开挖及降水引起的地层沉降和变形进行分析,推导相应的计算公式。工程算例分析表明,推导的计算方法具有较好的可靠性。进一步的计算分析表明,隧道降水引起的地层沉降较大,对隧道周边建筑设施不利,当降水井距隧道较近时,降水及开挖引起的地层变形在最大值处相互叠加,使得最终的地层变形值很大。因此,为保护隧道周边的建筑设施,降水井应距离隧道有一定的距离。     

地铁交汇站施工上部结构不均匀变形分析

通过多方案数值计算并与现场实测对比的分析方式,对暗挖段施工引起上部结构不均匀变形的产生原因进行了详细深入的探讨,得到了有实用价值的结论,成功指导了现场进一步的施工工作,并最终使上部结构不均匀变形得以控制。     

黄土隧道的湿陷变形规律及其对衬砌结构的作用

黄土围岩潜在的湿陷变形不利于隧道工后的安全稳定,为深入研究黄土围岩湿陷变形对隧道结构的影响机制,在已建黄土隧道场地开展大面积试坑浸水试验,研究湿陷性黄土围岩的渗水分布场、湿陷变形发展规律及隧道结构的受力变形规律。表明隧道开挖促使黄土围岩原生竖向节理、裂隙发育,易形成贯通地表的竖向裂缝,增大了深层黄土竖向渗水能力,地表水易于向深层土运移。隧道开挖扰动了黄土围岩原有结构,改变了深层黄土的湿陷变形特性,遭浸水作用后产生较原位土层湿陷变形更大的沉降变形。当水分入渗接近隧道埋深,围岩承载拱作用的减弱甚至消失,会显著地增大隧道围岩压力及传至基底的压缩应力,并在拱脚位置形成应力集中,引发拱脚下沉,而仰拱中部地基的弹性抗力抑制中部沉降变形发展,显著的不均匀沉降差导致仰拱中部开裂,形成纵向裂缝。对于埋深较浅的黄土隧道,应避免隧道上方地表出现长期浸水的情况;设计施工中应充分考虑拱脚地基承载能力不足的情况,可加强仰拱刚度以抵御不均匀沉降的发展。