隧道开挖引起管线沉降计算的刚度修正法

在城市地铁隧道掘进中,地层位移会对密布的城市地下管线形成较大的威胁.由于管-土-隧道相互作用问题的复杂性,除了数值分析方法以外,一般在工程实践中均忽略了结构刚度对其变形的影响作用,因此结构变形预测结果大大偏于保守.在理论分析的基础上,通过机理研究和实测数据的分析,提出了管线变形及其内力计算的高斯分布模型与结构刚度影响机...     

地层位移引起建筑物变形特性分析

城市深基坑开挖或地铁隧道掘进会引起附近建筑物或其他结构的变形,对建筑物变形特性的研究对于建立符合实际的变形预测方法和变形风险预估体系有着至关重要的实际意义。长期以来对由于地层位移引起的建筑物变形特点的研究尚比较少,特别是在岩土工程的相关研究范畴。在理论分析的基础上,提出一个判定建筑物变形特性(弯曲或剪切)的方法,并提出"弯曲变形率"指标以量化判定结构物变形特性。通过对伦敦地区两栋建筑物实际变形数据的研究,发现建筑物基本以剪切变形为主。在后续的分析中,进一步说明在一般情况下由于开挖引起邻近多层或高层建筑物的结构变形均以剪切变形为主,这与一般在分析和计算中假定结构主要以弯曲为主不同。基于此,认为结构的剪切刚度是其变形的主要控制因素,而非弯曲刚度。最后基于建筑物实测变形数据反算得到实际建筑物的结构刚度比E/G,由此获得对建筑物的实际变形特性更加深入的认识。     

城市隧道施工引起建筑物变形的损坏评估

近年来随着城市地铁建设的快速发展,隧道施工过程中引起地面建筑物或其他结构变形而产生的损坏问题屡见不鲜。地铁建设中需要对大量的建筑物开展变形损坏风险评估工作,而科学的建筑物变形及其损坏的评估方法方面的研究尚很不成熟。针对量大面广的多层砖混结构,研究隧道施工可能造成的建筑损坏问题。利用北京市在20世纪70年代对建筑裂缝控制的研究基础和工程应用经验、特别是扎实可靠的数据得到的最小曲率控制参数,基于对建筑物在隧道施工影响下变形特征的研究和沉降预测的修正刚度法,避开不容易准确估计的建筑材料模量、截面惯性矩等参数,直接根据建筑物的沉降曲线形态,得到用拉应变控制的评估方法,发展了用最小曲率参数来控制隧道施工引起沉降的有效方法。这种评估方法与用拉应变控制的方法取得很好的一致性。     

地铁施工引起的建筑物扭曲变形分析

隧道施工或深基坑开挖过程中会引起地面建筑物或其他结构产生复杂的变形,长期以来,对建筑物的弯曲或剪切变形都进行过一些研究,但是一般都忽略了结构的扭曲变形。事实上,由于地层的位移,会引起附近的各类结构普遍承受不同程度的扭曲变形。本文讨论了建筑物某一个平面的扭曲变形(例如基础平面,或建筑物的某一个立面)问题。首先给出了一个平面扭曲变形的数学定义,然后基于力学分析和受力推导,得到了平面变形扭曲的量化表征和计算方法。进一步在对实测资料分析的基础上,探讨在某些简化假定条件下,建筑物基础板的扭曲变形分析方法。最后以伦敦伊丽莎白大厦(E lizabeth House)为例,采用本文所提出的方法具体量化分析了该建筑物在地铁隧道施工过程中产生的扭曲变形,并对扭曲变形的规律进行了探讨,对扭曲变形对结构安全的影响进行了分析。     

房屋刚度对隧道开挖引起的土体变形的影响

 隧道开挖对地面房屋影响的预测方法通常忽略房屋的刚度,假设房屋随原地面土体的变形而变形。对武汉地铁2号线某标段区间左线盾构隧道施工过程中数个地表沉降监测断面和多栋房屋的沉降情况进行系统的现场监测,揭示出房屋刚度对房屋自身变形有很大影响,不考虑房屋刚度得到的沉降预测结果可能与实际情况相差较大。同时,采用能够考虑土体小应变刚度特性的数值模拟,进一步揭示隧道开挖过程中房屋刚度对地表下方深层土体变形的影响,并讨论这种复杂的隧道开挖–土体–房屋相互作用的机制。研究结果表明,在分析隧道开挖对房屋自身及其下方桩基等结构物的影响时,有必要考虑房屋刚度的影响。     

铁路隧道穿越岩溶区施工引起地表变形预测

为获得铁路隧道穿越岩溶区施工所需的施工参数,以渝昆高铁云贵段站前工程YKYGZQ-5标乐业隧道为例,在半无限空间内分别考虑不同施工荷载因素的影响,利用Mindlin解析法建立铁路隧道穿越岩溶区施工引起地层竖向位移预测模型,给出各种因素影响下的地表沉降量预测曲线,并通过与实际工程监测结果的对比分析,验证预测模型的工程适用性。结果表明：正面开挖力、开挖引起的岩溶区围岩摩擦力和开挖间隙荷载均为铁路隧道穿越岩溶区施工引起地层竖向位移的主要影响因素,且同一断面上地表沉降量均表现为“中间大、两边小”的正态分布规律。该研究中所建立的预测模型计算精度较高,最大误差仅约8%,远小于工程经验规定的20%的限值,可为类似工程地质条件下隧道施工中的地表变形控制提供理论指导。     

浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层变形分析

 重叠隧道施工必然发生相互影响,产生诸如地表沉降难于控制等一系列问题,特别是在浅埋富水软弱围岩条件下修建重叠隧道,此类问题更加明显。通过对深圳地铁一期工程国贸～老街区间重叠隧道施工引起的地层变形实测分析,得出了富水软弱围岩条件下浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层运动规律。在该类地层条件下施工重叠隧道,具有变形量大、地表沉陷突发、地层损失率高(地层损失率高达9.2%,远大于一般地层)、地表横向沉降槽局部曲率和斜率大的显著特征。结合隧道围岩性质试验成果和现场工程条件,对地层变形机制及其主要影响因素进行分析,在此基础上提出该类围岩条件下施工浅埋暗挖重叠隧道控制地层变形的技术措施,并在深圳地铁I期工程的后期施工中得到充分利用,取得了显著效果。研究成果对同类地层暗挖重叠隧道施工地层变形控制具有借鉴和参考价值。     

隧道不同位置下穿施工引起邻近建筑物的变形分析

针对龙厦铁路石桥头隧道工程埋深浅、地表建筑物密集,且多为砖混结构的特点,应用数值分析手段,通过建立隧道-建筑物的三维数值分析模型,分析了在不同下穿位置的隧道施工条件下,邻近建筑物的变形性状。结果表明:各位置处的建筑物沉降受夹角α变化的影响不大,当建筑物中心偏离隧道中心一定距离,使得建筑物近隧道端位于隧道中心正上方时,建筑物沉降达到最大。墙体垂直于隧道走向时,建筑物仅在垂直方向发生局部倾斜,墙体斜交隧道走向时,建筑物将发生纵、横双向倾斜。建筑物中心与隧道中心之间的距离D小于1倍隧道直径时,建筑物发生下凹挠曲,D大于1倍隧道直径时,建筑物发生上凸挠曲,距离D为隧道半径的5倍时,挠曲值仅为最大值的1/5。建筑物仅在墙体斜交隧道走向时才发生扭转变形,最大扭转变形量发生在建筑物处于D=0m,α=45°位置时。墙体拉应变根据建筑物所受变形作用的形式而呈现相应的分布规律,当受到复合变形作用时,建筑物往往处于不利位置。     

盾构施工引起隧道围岩和地面路基变形的预测分析

针对广州地铁二号线广州火车站区间隧道，采用弹塑性有限元法，分析盾构施工对隧道围岩变形和地面路基沉降变形的影响；同时对盾构施工期间，因释放不同大小地应力引起的隧道围岩和地面路基变形值进行了比较，为设计和工程施工提供参考。     

软土地层地铁盾构隧道施工引起衬砌结构变形规律研究

以无锡地铁3号线一期工程04标盛岸站至吴桥站区间盾构隧道为背景,基于海瑞克S-729土压平衡式盾构机掘进数据建立模型模拟盾构隧道开挖、同步注浆、管片拼装的流程。分析在软土地层中隧道衬砌结构的应力分布规律及拱顶、拱底与两侧拱腰在x, y, z方向的位移变化趋势,绘制在开挖过程中管片的变形分布曲线,结果表明盾构在软土地区掘进时,管片在拱顶、拱底与两侧拱腰处出现较大应力,同时拱顶与拱底处均在隧道竖直方向出现较大位移,而拱腰在隧道纵向位移达到最大值,须及时监控管片变形。     

大断面隧道施工引起的上覆地铁隧道结构变形分析

北京地铁5号线崇文门站是在既有地铁隧道下方采用暗挖法施工的地铁车站,下穿段新建车站隧道断面宽24.2 m、高11.46 m,与既有地铁隧道结构间净距仅1.98 m。实测数据表明:施工引起的既有地铁隧道结构变形以沉降为主,沉降主要发生在导洞施工阶段;隧道结构呈刚体特征,沉降曲线近似线性,变形缝处隧道结构最大沉降31.26 mm,变形缝两侧最大差异沉降14.0 mm;道床则表现出一定的柔性特征,沉降曲线呈非线性;不协调沉降导致道床与隧道结构发生了脱开,最大脱开值12.7 mm,最大脱开范围7.0 m。采用灌浆加固对道床与隧道结构间的脱离区域进行了治理,并通过注浆对既有地铁隧道结构进行了抬升,最大提升值达16.0 mm,使既有地铁线路的高程损失得到了一定恢复,最终将既有地铁隧道结构沉降控制在16.75 mm内,确保了施工期间既有地铁线路的正常运营。     

煤矿开采沉陷区地表与建筑物变形探讨

在分析采空区上部岩体结构破坏特征、地表移动变形及其对上部建筑物影响的基础上,提出了有效吸收抵抗采空沉陷区地表不均匀沉降及建筑物结构抗变形的设计思路,简要阐述了采空区建筑物地基与基础协同工作,并且对上部结构的构造措施提出相关建议。     

GPS monitoring and analysis of ground movement and deformation induced by transition from open-pit to underground mining

To trace the potential hazards of open-pit slope in Longshou mine,global positioning system(GPS) is applied to monitoring ground movement and deformation induced by transition from open-pit to underground mining.Through long-term monitoring from 2003 to 2008,huge amounts of data were acquired.Monitoring results show that large-scale ground movement and deformation have occurred in mining area,and the movement area is ellipse-shaped.The displacement boundary of settlement trough is 2.0 km long along the exploratory line,and 1.5 km long along the strike of ore body.GPS monitoring results basically agree with the practical deformation state of open-pit slope.It is indicated that the long-term GPS monitoring is an effective way to understand the mechanism of ground movement and deformation in mine area.     

高大型建筑物的变形计算

根据高大型建筑物变形的主要来源及各种变形的特性，首次采用特征平面的方法，直观、形象、全面地描述了高大型建筑物整体变形的特征，并给出了各种变形进行定量分析的方法。     

浅埋地铁隧道施工影响下含空洞地层的变形特征分析

地层空洞的存在使得隧道结构周围的地层环境变得更为复杂,在地铁隧道施工的影响下极易引起地表沉降加剧甚至地表坍塌。针对V级围岩地铁隧道,采用三维模型试验和数值模拟研究了不同位置地层空洞对地表沉降的影响规律以及空洞的变形特征,同时通过修正后的Peck公式对试验结果进行拟合分析。研究结果表明:空洞的存在使得地层损失加剧,地表沉降槽深度和宽度均有所增大,沉降槽曲线整体向空洞一侧偏移,通过修正后的Peck公式能较好地拟合出沉降曲线形态;从地表整体沉降形状上看,空洞上方一定范围内地表沉降较大,地表会出现明显的沉降盆形态;综合考虑空洞对地表沉降槽宽度和深度以及地层损失率的影响,认为空洞位于隧道斜上方是最不利位置,在施工过程中对这一方位地层空洞应重点关注;不同方位空洞的变形模式不同,主要表现为立式椭球体和卧式椭球体等变形模式。     

叠交隧道短期内二次穿越施工引起的变形分析

结合现场实测数据,对叠交隧道短期内二次穿越施工参数的设定、地面和先建隧道的变形规律进行了研究。结果表明:盾构在近距离上穿施工时,土仓压力、注浆压力及注浆量较常规段要大,推进速度的设定要综合考虑盾构机出土效率、注浆效果,并非越慢越好。本工程穿越施工时的设定值为40mm/min,现场实测发现变形符合设计要求。短期内二次穿越施工引起叠交区地面变形量值较常规段要大,本工程后建隧道上、下行线穿越施工引起叠交区域内最大竖向变形量分别为+7.4mm和-17.9mm,因此该区域是变形控制的重点。已建隧道的变形既包含自身的固结变形又包括后建隧道施工的扰动影响,实测变形为两者的综合,规律性不明显。