隧道施工参数对地表沉降的影响研究

隧道施工选取的敏感性参数对地表沉降的影响尤为重要,以哈尔滨地铁某区间隧道为依托,利 用大型通用岩土工程分析软件ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ建立隧道开挖的数值分析模型,对不同施工工况下的隧道开 挖过程进行模拟并对相应的地表沉降计算结果进行分析。分析结果表明:双线隧道施工时土体扰动范 围相对较大;隧道错距带来的土层变形的影响并不显著;随着隧道埋深的增大,双隧道开挖引起的土层 变形也随之增大。     

岩土复合地层盾构隧道对地表变形及应力分析的研究

考虑到岩体与土体力学性质的差异,利用复变函数结合随机介质理论建立岩土复合地层隧道开挖的力学解析模型,将理论计算结果与数值模拟、现场实测结果进行对比。结果表明：解析解、数值解与实测值三者的吻合度相对较高,且数值解与理论解的沉降槽宽度保持一致,说明该理论计算方法具有较高的可信度。随后讨论了作用于岩、土层分界面不同竖向荷载、岩层隧道埋深与其半径之比以及岩体泊松比等参数对地表变形及洞周应力的影响。结果表明：随着岩、土层分界面竖向荷载的增加,地表沉降也不断增大,洞周环向压应力在隧道拱腰附近显著增大而拱顶环向拉应力变化相对缓慢;随着深径比h/r的减小,地表沉降逐渐增大,当h/r≥3时,增大深径比对洞周环向应力的影响相对较小;岩体泊松比越大,则地表沉降越小,洞周环向应力分布越均匀。     

盾构隧道施工引起地层位移的复变函数修正解

为了获得盾构隧道施工引起的地层位移变化,利用复变函数求解了基于位移控制边界条件下盾构隧道开挖后的解析解。在计算分析过程中,引入位移释放系数,充分考虑了衬砌滞后于开挖面的位移过程,并通过设置位移约束点对理论计算解进行了修正,获得了更为准确的地表相对位移。选取4例实际盾构隧道工程实例,分别考虑4种典型洞室位移边界条件,将该理论计算得到的地表位移初始解和修正解与现场实测数据进行对比,结果表明：在各种洞室位移边界条件下,修正后得到的地表位移值与实测值的吻合度均比初始解显著提高,其中以采用第4种位移边界条件计算得到的地表位移修正解吻合度最高。最后以第4种洞室变形为位移边界条件,分析了不同位移释放系数、隧道埋深以及隧道半径对地表位移的影响。结果表明：地表沉降与影响范围随着位移释放系数的增大而减小;地表沉降随着埋深的增加而减小,沉降槽宽度却随之增加;隧道半径越大,则地表沉降越大且影响范围越宽。     

近距平行双线盾构隧道地表沉降曲线分析

由于盾构隧道的修建过程极易造成周边土体变形,因此,准确预测盾构施工引起的地表沉降是盾构工程亟待解决的难点问题之一.依托西安地铁某区间双线平行隧道工程,采用数值模拟与现场监测的方法,分析了双线平行盾构隧道开挖对地表沉降造成的影响.研究的结果表明:在隧道埋深一定时,随着两隧道间距的增大,沉降曲线的最大沉降值逐渐减小,沉降曲...     

双线平行地铁隧道盾构同向推进纵向安全间距研究

为加快双线地铁隧道施工,采用2台盾构机同时开挖,盾构横向间距不变情况下,纵向间距过近会加剧对土体的扰动,影响地表建(构)筑物安全。以武汉地铁三号线为工程背景,选取双线平行隧道盾构同向推进为研究对象,采用现场监测和数值模拟计算方法,综合分析盾构开挖时隧道横向、纵向地表变形特征,揭示双线平行隧道盾构同向推进时的纵向相互影响规律。结果表明:数值计算结果与现场监测数据相吻合;盾构通过后地表形成沉陷槽,隧道拱顶上方地表变形最大,距离隧道轴线越远,地表变形越小;开挖过程中盾首上方隆起值达到最大,盾构穿过后沉降迅速增加,最终趋于稳定;双线地铁隧道盾构同向推进中,盾构的二次扰动加剧了地表最终变形量,盾构纵向间距对地表最终变形量没有影响,随着盾构纵向间距增加,地表总体沉降速率减缓,当盾构纵向距离大于50 m时较为安全可靠。研究成果旨在为今后的地铁隧道安全快速的施工提供依据。     

砂土地区浅埋非对称近接平行隧道施工地层位移分析

基于隧道开挖引起地表沉降经典Peck公式,考虑砂土地区浅埋非对称近接平行隧道不同开挖步序,研究隧道周围土体横向水平位移及工后地表沉降规律。根据沉降叠加原理,建立考虑隧道内径均匀收敛非对称近接平行隧道修正Peck公式,并进行影响因素讨论。结果表明:土体横向水平位移集中在横通道转正洞及大直径断面拱脚处;隧道施工后地表沉降主要发生在小断面区域;地表横向沉降模拟值与计算值二者吻合较好,随着隧道圆心距L的增大,土体横向沉降量逐渐减小并由正态分布转变为马鞍形;隧道埋深H越大,沉降越大;非对称隧道施工时先开挖小断面隧道优于先开挖大断面隧道。     

大断面水工隧洞下穿既有公路隧道沉降影响分析

针对某大断面水工隧洞下穿双线公路隧道工程,采用理论解方法,综合考虑大断面水工隧洞开挖引起的土层位移影响,提出了一种计算水工隧洞下穿引起上部既有公路隧道沉降位移值的计算方法。结合有限元模拟和实测数据对理论计算方法进行了可靠性验证,分析了既有双线公路隧道沉降影响范围大小及沉降位移规律。研究结果表明:三种方法所得公路隧道沉降曲线相互吻合,近似呈现正态分布,最大沉降值均位于分洪隧洞下穿轴线处;穿越引起的公路隧道下沉区域主要分布在穿越中心点两侧各23 m的范围,而在下沉区域外隧道出现局部的上浮变形;公路隧道总体沉降变形较小,结构稳定安全。     

上覆土层开挖对地铁隧道的影响分析与研究

以西安太华路立交改造工程上跨地铁四号线区间为例，通过工程类比、现场试验、理论计算及数值模拟等几种分析方法研究上覆土层开挖对地铁隧道所造成的影响。通过分析得出上覆土层开挖工况下地铁区间隧道的受力及变形状态，提出对应的工程措施减轻土体开挖对地铁隧道的影响，判断地铁结构的安全性和可靠性，为类似工程建设提供相关参考。主要得出以下结论:土层开挖卸载所引起盾构隧道变形主要为基底回弹上浮变形；土层开挖后隧道的抗浮问题需重点关注；几种分析方法所得到的结果有一定出入，但是大的变形趋势可以达到相互验证的目的；分层开挖对控制隧道变形具有重要的作用。     

基于随机介质理论分析盾构隧道开挖引起的地表沉降

有效预测并合理控制隧道开挖引起的土体变形和沉降、减小对周围土体及建筑物的影响对实际生产具有重要的现实意义。应用随机介质理论简化公式,基于上海虹梅南路隧道西线地表沉降监测数据,通过反分析计算的方法得到隧道开挖导致的断面收敛面积ΔA及主要影响角tanβ,并对这两个主要参数与隧道埋深或相对埋深之间的关系进行了研究。结果表明:计算值和实测值较吻合,对于浅埋隧道,ΔA的取值较大且较离散;随着隧道埋深的增加,当隧道埋深大于20m时,ΔA的取值较稳定,且大部分处于0.2~0.4m^2之间。tanβ随着埋深或相对埋深的增加,整体呈现出增加的趋势,tanβ与埋深大致满足tanβ=0.035z-0.098的关系。     

地表沉降预测的地层主要影响角算法探讨

在利用随机介质理论预测城市隧道施工引起的地表沉降时,对于地层主要影响角的取值存在较大的争议.地层主要影响角与地层条件有关,其取值大小直接影响着地表沉降槽的形态,在总结前人算法的基础上,提出了一种主要应用于硬粘性土层中的地层主要影响角计算公式,该公式能较好地反映粘土地层隧道施工引起的地面沉降特性,具有一定的工程参考意义.     

黄土地层盾构隧道长距离下穿湖泊安全性研究

为评价盾构隧道下穿湖泊的施工安全性，依托西安地铁 8号线曲江池西路—曲江池寒窑区间工程，采用多物理场耦合软件建立黄土地层盾构隧道下穿曲江池的隧道开挖模型，并选取四种典型工况从盾构开挖面稳定性、盾构施工地表沉降以及盾构管片结构安全性三个方面进行分析。研究结果表明:随着盾构隧道开挖，围岩塑性区范围逐渐增大呈现“水平椭圆”状，且四种典型工况下未出现贯通盾构开挖面与地表以及贯通左线与右线围岩的塑性区，即盾构施工过程中开挖面相对稳定；四种典型开挖工况下的施工地表沉降量最大值为 20．42ｍｍ，出现于隧道线正上方地表，满足规范要求；管片结构的最大主应力与最大剪应力数值较小，均出现于隧道前半段的拱腰处，盾构管片受力相对安全。研究成果对于保证盾构下穿湖泊安全施工具有重要工程意义，也可为类似工程的建设和运营提供借鉴和参考。     

浅埋隧道开挖引起的地面沉降研究

因隧道开挖导致地面过度沉降而诱发的事故时有发生,目前国内外对此类问题的计算理论尚有待进一步研究。基于沉降槽宽度系数计算方法,提出了隧道开挖引起的分层土结构地面沉降量Peck改进算法。以钱塘江隧道工程为例,对比分析了Peck法、Peck改进法和有限差分法等计算的地表沉降量。研究表明:改进的Peck法和数值模拟结果吻合度较高,尤其当地层损失率为0.7%时,两方法计算的沉降曲线接近,且最大沉降量均约24 mm;改进的Peck法计算的沉降槽最窄,其次为有限差分法,而Peck法计算的沉降槽宽度最大。     

圆形黄土地铁隧洞暗挖法地表沉降简化解析算法

由于暗挖法的施工特点,它对地面和周边建筑基础的沉降有着重大的影响。提出用弹性力学理论计算隧道开挖后短时间内的收缩变形量,不考虑灌浆和后期支护的影响。假定隧洞的收缩变形量等于地面沉降量,即可应用Peck公式近似算出沉降槽的最大深度。将计算结果与数值模拟和实测的地表最大沉降量比较分析,验证简化解析算法的有效性。更多还原     

双线浅埋隧道远近距离界定及地表沉降机理研究

利用Peck公式计算双线隧道开挖引起的地表沉降时,有多个参数会影响到计算结果的大小与沉降曲线的形状。从数学角度对隧道轴线埋深h和两隧道间距L的比率及沉降槽宽度参数K对地表沉降曲线的影响进行研究,得到以下结论在h/L比率逐渐增大的过程中,地表沉降曲线变化过程为较陡峭的W型—较平缓的W型—∪型—U型—V型;相同比率下的地表沉降曲线都呈现相同的型式,与隧道埋深无关;在K=0.600的情况下,沉降曲线由W型向U型转变,h/L的临界值为0.825,而后发现在不同K值下,存在h/L临界值使得不同埋深下的沉降曲线都呈现U型,得到了沉降槽宽度参数K与其对应h/L临界值的最优拟合方程。基于h/L临界值的分析结果,提出了双线隧道远近界线的判别公式,并与现有方法及规范进行对比,结果表明判别公式能较好地界定双线隧道远近距离。同时,对Peck公式预测隧道开挖引起地表沉降的机理进行了推测,并利用颗粒流软件对隧道开挖进行模拟,结果表明压力拱曲线符合高斯曲线。研究成果可为双线浅埋隧道设计、施工提供依据。     

暗挖地铁区间施工对周边环境的影响研究

以哈尔滨地铁某区间为依托，利用有限元软件ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ建立隧道开挖的数值分析模型，将实 际监测结果与模拟结果进行拟合，验证完模型合理性后基于此模型分析隧道开挖对土体水平位移及不 同施工工况下单、双线隧道的变形情况。分析结果表明:双线隧道施工时，隧道纵向1．5倍洞径外几乎 不受掌子面开挖影响且上部土体沉降影响范围处于4倍洞径范围内；双线隧道的最大水平位移出现在 隧道外侧拱腰处；开挖台阶长度增加，引起的地表沉降越大，且双轴隧道的最大沉降位置偏向于较先施 工的隧道。     

盾构隧道穿越水工渠道安全影响模拟分析

针对TBM盾构隧道下穿水工渠道实际工况,考虑渠道、隧道、地层等影响因素,建立三维有限元数值模型进行分析。结果表明,隧道左线开挖时渠道的最大沉降变形为3.19 mm,地表竖向沉降量最大值为8.76 mm;隧道右线开挖时渠道的最大沉降变形为4.54 mm,地表竖向沉降量最大值为8.26 mm;隧道施工所致渠道结构的最大拉应力变化为0.20 MPa,根据相关技术要求中的沉降限值,得出分析结论。     

新建隧洞下穿既有隧道离心模型试验研究

针对某市输水隧洞下穿既有地铁隧道沿线,采用离心模型试验技术研究了新建隧洞以不同间距下穿既有隧道,对既有隧道产生的影响以及上覆土层的沉降变形。通过分阶段排出固定体积的溶液模拟盾构掘进过程中的地层损失,辅以激光位移计以及应变片对既有隧道和地表变形进行监测。试验结果表明:隧道深埋时,新建隧洞与既有隧道净距为一倍隧道直径时,既有隧洞不均匀沉降愈显著;净距两倍以上隧洞直径时既有隧道不均匀沉降趋势渐弱;深埋隧洞开挖对地表沉降影响较小。离心模型试验成果为隧道模型试验以及类似隧洞开挖施工提供参考依据。     

考虑参数空间变异性的盾构隧道施工地层变形综合可靠度分析

依托厦门地区典型风化花岗岩地层的盾构隧道工程,针对多层土双线盾构隧道施工地层变形问题,以岩土体参数的空间变异性为切入点,基于随机场理论,采用蒙特卡洛法与有限差分法模拟计算相结合的方法,开展盾构隧道施工地层变形响应的可靠度分析。以土体弹性模量E的空间变异性为研究重点,系统研究土体弹性模量的竖向、水平波动距离(θ_z,θ_x)对地层变形可靠度指标的影响。结果表明:随机分析所得最大地层变形(地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛)的可靠度指标随着土体弹性模量波动距离的增大而降低;随着最大地层变形允许值的增大,地层变形可靠度指标也相应提高。在此基础上,借助熵理论客观确定各地层变形指标(地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛)的权重系数,结合可靠度设计方法和工程风险分析理论,开展地层变形综合可靠度分析及控制指标体系的研究,提出适合厦门地区的盾构隧道施工地层变形控制指标体系。     

双线盾构隧道开挖地表沉降规律研究

隧道开挖会对周围土体产生扰动,部分土体应力的释放将打破原有土体的应力平衡,在新的应力场平衡的过程中,常常伴随着土层变形。有时候土层变形过大,地表沉降引起塌方,严重影响着施工质量和作业人员安全。本文正是基于此,结合我国某市地铁二号线8标工程实例,采用数值模拟的方法对不同间距隧道开挖地表沉降规律进行研究,能够为类似工程施工提供一定程度的参考依据。     

剪胀角对分层边坡稳定性的影响

利用有限元软件ABAQUS,采用强度折减法,对不同层数、不同材料、不同高度的分层边坡剪胀角进行折减,分析了剪胀角对分层边坡稳定性的影响。结果表明,对分层边坡,任意土层的剪胀角进行折减时,安全系数Fs随着剪胀角的增加而增大,增大的幅度逐渐减小,其变化规律不受土层材料、高度、层数的影响。与边坡整体的剪胀性相比,单层土的剪胀性对Fs的影响要小,且边坡上层土层的剪胀性对边坡稳定性的影响较大。随着剪胀角的增大,边坡位移趋势越加明显,且塑性区的范围逐渐扩大,滑弧半径增大,安全系数随之增大。在实际工程中,宜对分层边坡整体的剪胀角进行折减并慎重取值。