镜像法在隧道施工土体位移计算中的应用

城市地下隧道的修建会引起隧道周围一定范围土体的位移,对土体位移进行较为准确的计算对于控制隧道周围土体位移量和减小过大土体位移对既有建筑物及管线带来的危害十分重要．本文根据地层损失的空间分布规律,应用镜像法原理,首次采用数值积分法,对隧道推进过程中由地层损失产生的位移场进行空间分析,得到隧道周围土体的位移场分布．计算表明,镜像法的计算结果与巴塞罗纳地下隧道、泰国Bangkok污水隧道的实测结果吻合良好．为计算隧道施工引起的土体位移提供了一种新的计算方法．     

有限区域盾构隧道土体位移解析计算

针对既有地下结构形成的有限区域,研究盾构隧道施工引起土体位移的解析计算方法.根据有限区域盾构隧道施工引起土体位移的分布特征,从有限区域土体位移分布基本特征出发,基于半无限空间盾构隧道土体位移解析解,通过引入广义土体损失和应力边界条件,推导得到一种可以计算有限区域盾构隧道土体位移的解析计算方法,并通过一则工程实例对该方法的有效性进行验证.计算结果表明,有限区域盾构隧道土体位移小于半无限空间盾构隧道土体位移,但两种情况下的土体位移分布形状基本相同.对于有限区域盾构隧道土体位移,和半无限空间解析解相比,本文解析计算方法得出的结果更接近工程实测数据,对计算有限区域盾构隧道土体位移问题更有效.     

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。     

基于非均匀收敛模式的双线地铁隧道施工诱发地层变形规律分析

基于位移控制理论,采用双线开挖椭圆化非等量径向土体位移收敛模式,提出了双线地铁隧道施工诱发周围地层变形的位移控制点源解析方法以及位移控制数值模拟方法.算例结果表明,位移控制方法可以充分考虑隧道施工引起的地层损失,可以较好地预测双线平行地铁隧道开挖引起的土体变形.成果可为合理制定双线平行地铁隧道开挖对周围土工环境的保护措施提供一定的理论依据.     

注浆水平纠偏的作用规律与影响因素

注浆法作为补偿地层沉降的手段已得到广泛应用,目前的研究主要集中于注浆原理及工程沉降纠偏等方面,对于土体参数、注浆参数对隧道水平位移控制效果的影响缺少系统研究。基于天津某工程现场注浆试验,采用应变法模拟注浆过程,研究土质条件、注浆量、注浆距离、注浆长度及注浆深度对注浆水平纠偏效果的影响。结果表明:注浆引起的土体最大水平位移位于注浆体顶部附近;土体强度、刚度参数对注浆效果影响不大,说明注浆控制水平位移的适用性较广泛;距离注浆点较近的土体水平位移随注浆量的增加增长较快,较远时增长较慢,且土体水平位移随注浆距离的增加衰减迅速,应尽量缩短注浆点与纠偏对象的距离;注浆长度较小时,注浆作用范围集中且土体最大位移值较大,反之,注浆作用分散较且均匀,应根据注浆距离和纠偏对象在深度上的范围选择注浆长度,最大化发挥注浆纠偏效果。     

复变函数法计算圆形盾构隧道周边土体位移

盾构隧道开挖引起隧道周围土体应力及位移的改变,是工程界长期关注的重要课题.将半无限空间弹性单圆孔洞问题,映射为复平面上定值圆环问题,并利用隧道孔洞边界土体与衬砌之间空间位置及协调变形关系,给出了圆形盾构隧道周边土体位移的复变函数解,采用Matlab软件实现算法.结果表明:复变函数解析法计算得到的隧道地表沉降曲线与实测曲线较一致;隧道埋置深度、隧道半径、土体泊松比对土体变形影响较大;土体模量、衬砌模量、衬砌泊松比对土体变形计算结果影响微小.     

袖阀管注浆对临近土体变形影响的试验研究

袖阀管注浆会引起周围土体变形,进而影响临近构筑物的安全。依托杭州某工程,现场试验研究了袖阀管注浆过程中土体的变形规律,并进一步研究了注浆参数和结石体体积之间的关系。 试验结果表明：注浆引发临近土体的水平变形呈现一定的规律性,土体水平位移量随着注浆量的增大呈现增大的趋势,随着孔隙水压力的消散而逐渐减小;随着距注浆孔距离的增大,土体的水平位 移量逐渐减小;改变注浆深度对土体水平位移量的影响较小,且水平位移最大值出现在注浆所在深 度附近。地层孔隙水压力在注浆前后呈现先增大后减小的趋势,且距注浆孔越大,孔隙水压力变化 值也越小。通过后期对土体开挖,得到结石体体积均约为对应注浆量的３０％。研究成果对于袖阀 管注浆及类似工程的设计和施工具有一定的参考价值和指导意义。     

软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。     

基于数值模拟和模型实验的注浆抬升计算方法

针对城市浅埋地下工程注浆施工造成的地表抬升问题,根据随机介质理论建立注浆抬升计算方法及简化算法,分别研究压密注浆与劈裂注浆对地表抬升的影响机制.通过PFC软件模拟、室内模型实验等方法,研究球体压密注浆和水平片状劈裂注浆对地表抬升范围的影响,验证地表抬升位移理论预测方法的准确性.通过引入注浆抬升系数γ研究注浆深度、土体干密度、土体含水率等因素对注浆抬升位移的影响.结果表明,注浆抬升计算方法的简化方法在注浆埋深大于2 m时较为准确,小于2 m时不适用;压密注浆和劈裂注浆两种注浆方式引起的地表抬升与数学模型计算结果、数值模拟结果吻合性较好;单孔注浆使上覆倒锥形土体位移场发生变化,压密注浆导致的地表最大抬升位移较大,劈裂注浆在地表的影响范围较大;注浆深度、土体干密度及土体含水率对最大注浆抬升位移量均有影响,注浆深度对抬升位移量的作用最明显.     

地表沉降的双洞体叠加peck公式及数值分析

为解决地下隧道开挖引起地表沉降,结合广州某采用盾构推进形式地铁隧道实例,运用常规理论计算法与数值模拟方法计算地表沉降,研究地表变形特性。结果表明：双孔平行隧道开挖中地层损失是引起的地表沉降的主要因素;土体位移的叠加原理适用,地表沉降槽以两隧道中间位置为轴线基本对称分布在其两侧;地层损失率控制在1．5％～2％时,理论值较为接近模拟计算值。     

考虑邻近结构阻隔影响的基坑开挖前降水引发地层变形的特性

依托天津某地铁车站基坑实测资料开展一系列数值模拟研究,考虑邻近结构阻隔影响,探讨在坑外有/无地下结构及既有地下结构与基坑不同间距条件下开挖前降水引发的围护结构及坑外土体变形特性,通过对比各工况下基坑围挡与坑外土体变形模式、最大围挡侧移与最大地面沉降发展规律、墙后地表沉陷与基坑围挡侧移的面积关系等,揭示邻近结构对开挖前抽水引发基坑变形的影响机理. 研究表明,坑外地下结构的存在对地层运动发展有一定阻隔作用,且地下结构与基坑间间距越小,这种阻隔效应越明显;地下结构对其后方地层变形具有牵引效应,导致地下结构后方出现明显沉降槽,但随着地下结构与基坑间间距的增大,牵引效应不断减弱. 阻隔、牵引效应发挥的临界值分别为1倍、2倍的目标降水深度;当地下结构与基坑间间距处于相应临界值以内时,在基坑设计中应考虑阻隔与牵引效应的影响以得到更合理的支护与施工监测方案.     

斜入射地震作用下地铁车站结构抗震性能分析

为了分析斜入射地震作用下地铁车站结构的抗震性能,以苏州地铁一号线星海广场车站双层地下结构为分析对象,建立了地震反应三维实体有限元模拟模型,模拟了斜入射地震作用下地下结构与围岩土体系统的三维地震反应,系统分析了大型地下结构地震反应的空间效应与永久变形规律.结果表明:土体在地震作用下产生了不可恢复的塑性变形,主要为地表沉降,并显著受地震动入射角度的影响.大型地下结构地震反应的空间效应显著,纵向地震反应表现为中柱较边柱强烈,永久变形大;横向地震反应表现为内侧柱较外侧柱强烈,永久变形大.中柱是地下结构抗震最薄弱的部位,结构设计时建议中柱采用铰接,只承担竖向荷载,不承担水平剪力,将有利于提高地下结构的整体抗震性能.     

地下排水的特殊功能

地下排水可分为地下水平和垂直排水,除涝治渍,而地上排水仅排洪涝,不能排地表残积水之涝,而要由地下排水完成.除此之外,还有利于土壤与地下水库建设;有利于增加地下水激发补给和地表水降水利用率,减少地下无效与有害蒸发;可以治理盐碱;增大土壤渗透,提高地温,增加固氮;改善生态环境,增强生态功能.     

Influence of Underground Mining on Ground Surface and Railway Bridge Under Thick Alluvium

1 Introduction Ground surface movements, induced by under- ground mining as a kind of man-made geological ca- tastrophe, has been a major issue of geoenvironmental concern[1]. These not only destroy farm land and building structures but also influence the biological environment. Study of the pattern of mining-induced ground movements and its variation over time is very important for the protection of buildings. Up to now, some patterns of ground movement over mining areas have been known, but …     

基于流固耦合模型的隧道施工数值分析

地铁隧道施工将不可避免地扰动岩土体,破坏原有地下水渗流场与应力场的平衡状态,从而引起地表沉降和变形,影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用,这些问题都涉及地下水的问题.从地下水与岩土体耦合共同作用角度来分析和研究隧道施工引起的地面沉降问题,运用FLAC3D有限差分程序进行数值模拟,并把数值模拟的结果与工程实测曲线进行比较.     

平行隧道开挖引起场地沉降的透明土模型试验研究

为了便捷现代城市交通,地铁系统普遍采用平行隧道模式.平行隧道开挖引起的场地沉降预测一般基于单一隧道工况,利用简化叠加法生成变形剖面,而没有考虑两个隧道之间的相互作用.采用透明土模型试验技术,自主研发平行隧道模型试验装置及试验方法,研究了在砂质场地上开挖平行隧道引起的地表和地层沉降特性.通过模型试验探索了平行隧道间距、土...     

不同隧道施工方法引起地层损失率的统计分析

收集国内23个地区隧道施工引起的地面最大沉降实测数据,选取符合Peck公式的数值,利用反分析的方法获得地层损失率的取值,研究隧道施工引起地层损失率的分布规律以及影响因素,结果如下. 1）土压平衡（EPB）盾构、泥水平衡盾构、浅埋暗挖法施工引起的地层损失率平均值分别为0.96%、0.48%、1.20%,分布在0%~2.0%、0%~1.0%、0%~2.5%之间的概率分别为93.46%、84.83%、92.8%,泥水平衡盾构施工引起的地层损失率分布最集中;2）土压平衡盾构和浅埋暗挖引起的地层损失率基本上随着地层条件的变好而减小,泥水平衡盾构引起的地层损失率随着地层渗透系数的变小而减小;3）隧道埋径比与地层损失率的相关性较弱;4）土压平衡盾构不同注浆率下的平均地层损失率随着注浆率的增大,呈现先减小后增大的趋势.     

城市地区管道渗漏引发地面塌陷成灾机理的CFD-DEM联合计算模拟分析

近年来,城市地区地面沉降和塌方事故频繁发生,管道渗漏是导致此类事故的主要因素之一.当管道破裂时,管道内流体为重力流,管道周围土体会被冲蚀进管道,最终导致沉降或地面塌陷.为探讨管道渗漏时土体在水流作用下的迁移过程,基于计算流体动力学(CFD)和离散元(DEM)理论,提出一种Fluent和PFC联合计算数值模拟方法.采用颗...     

盾构隧道叠置下穿地下道路的施工变形规律研究

在盾构近接工程中,既有地下道路正下方进行盾构下穿具有极大的施工风险。考虑盾构施工中隧道、土和地下道路的变形耦合作用,采用有限差分法,建立了盾构叠置下穿地下道路施工的三维数值计算模型,对盾构施工引起的周边土体位移和地下结构变形展开研究。结果表明,盾构施工主要引起了三面围合区域内部的土体位移,而在围合区域外部几乎没有土体移动,在隧道中轴线上方地下道路的顶板和底板发生较大的附加变形,三面围合下隧道衬砌环的横鸭蛋变形相比半无限空间中有所减弱。