工程荷载对地埋管线纵向响应影响的模型试验

隧道开挖和地面堆载以土体不均匀沉降的形式作用于管线,使管线产生纵向应力和变形。以物理模型试验手段研究了两种荷载形式下管土相互作用的差别、接头刚度对纵向响应的影响以及隧道开挖下的管土脱开现象。通过修正Gaussian曲线拟合自由土体位移场,对实测弯矩进行归一化处理发现,隧道开挖会引起管线周围相对土体模量下降,而地面堆载则会引起土体模量相对增大。非连续接头管线通过增大转角及变形来降低最大弯矩值,改善了管线的受力状态。当土层损失比增大到一定程度以后,管线下方将出现空洞,并随着损失比的增加而逐渐扩大,最终达到稳定。     

砂土隧道施工对下卧管线影响的试验和数值模拟分析

对砂土中隧道施工引起管线性状变化进行了室内模型试验,分析了管土相互作用的一些宏观特性,为进一步进行三维颗粒流细观模拟提供必要的参数和宏观依据。在室内模型试验的基础上,建立了隧道垂直下穿既有管线颗粒流分析模型,验证了室内模型试验的宏观现象。在此基础上分析了隧道施工过程中管土相互作用的机理、管周土体的应力与位移以及管线的剪应变和弯矩。分析结果可为工程实践中确定管线加固位置提供理论依据。     

软土基坑引起下卧隧道隆起的非线性流变

软土地区深基坑开挖改变了周边土体的初始应力,引起周边土体的位移,对周边构筑物造成不均匀沉降、混凝土开裂等不利的影响,并且可能危及临近地铁隧道的安全。对基坑开挖引起的下卧隧道的隆起变形进行了研究并提出了实用的预测方法。基坑开挖土体卸载引起的土体变形采用了Boussinesq应力解进行求解,隧道反力引起的土体变形采用了弹性半空间Mindlin应力解进行分析。隧道本身变形采用了弹性的地下连续梁进行分析,并且考虑隧道与土体的相互作用。通过引入软土的非线性流变模型,考虑了软土变形的时间效应,因此可以对复杂开挖过程进行模拟分析。还对基坑开挖对隧道隆起的效应进行了讨论,通过上海市某重点工程实例的隧道隆起量的预测结果与实测值对比分析,隧道隆起的监测结果证实了该方法的有效性。     

过街隧道施工对地下管线影响的三维数值模拟

 采用三维有限元方法分析过街隧道施工引起的相邻地下管线变形和受力,研究路面、管线材质、管线埋深、管线与隧道轴线间距以及管线与土体弹性模量比等因素对地下管线位移的影响,并与实测值进行比较。研究结果表明：有限元模拟结果与实测值较吻合,略大于实测值;路面的存在使浅埋管线的位移变小、沉降槽宽度变窄;隧道开挖引起的管线水平位移远小于竖向位移;与隧道垂直管线的竖向位移和水平位移最大值与管线埋深基本呈线性变化,且随着管线与土体模量比的增大逐渐减小;与隧道平行管线的最大竖向位移和水平位移值均随管线间距和埋深之比(L/h)增大而减小,最大水平位移值与L/h值基本呈线性关系,最大竖向位移值在L/h＜10时迅速增大;管线最大拉应力和压应力均随着L/h值增大而减小,当L/h＜5时急剧增大,当L/h≥5时缓慢减小,且应力值比较小。     

基坑开挖对管线沉降变形的影响与分析

在城市地铁工程建设中,基坑开挖会引起周边地下管线的沉降变形,严重时会导致管线开裂破坏。以地铁车站周边紧邻的地下管线为研究对象,依据基坑开挖过程中对地下管线的监测数据,分析基坑开挖对管线的影响,得到管线沉降变形的特点和规律,并分析总结管线的真实位移形态,拟合出位移曲线,所得结果可供同类项目工程参考。     

既有管线下盾构施工地层沉降监测和位移加载数值分析

针对深圳地铁下穿电缆隧道的实例,通过采用位移加载法模拟隧道开挖效应和弹性地基梁理论分析管土相互作用,提出将地铁上方的既有隧道视为大管径管线考虑,分析了地铁左线施工引起的地层响应,并借助相关控制标准对电缆隧道的安全性作出评价,分析结果表明:数值计算结果与实测数据吻合较好,电缆隧道也处于安全状态,可为相关类似工程研究提供借鉴。     

盾构隧道周围地下管线的力学模型研究

利用解析方法研究盾构隧道施工周围地下管线的力学行为需要建立在该施工条件下土-地下管线相互作用的力学模型来合理的描述在盾构过程中地下管线的行为变化。本文首先建立了地层沉降引起的管线附加应力的计算方法,继而通过地表沉降变形实测结果分别建立了管隧垂直工况和管隧平行工况下地表的沉降曲线。基于Winkler地基梁基本理论,分别建立了两种工况条件下的盾构隧道周围地下管线的力学模型。     

下穿施工影响下既有隧道和地层的位移解析解

在既有隧道下进行浅埋隧道开挖会引起地层产生位移,继而导致既有隧道变形。由于既有隧道与地层刚度差别巨大,常规的解析法无法计算存在不同刚度的地层位移场。基于镜像法,采用当层法对既有隧道刚度进行等效,建立综合考虑新建隧道-岩土体-既有隧道三者相互作用的计算模型。以北京地铁10号线国贸站-双井站区间下穿既有1号线区间工程为例,采用该计算方法,研究新建隧道下穿施工对地层及既有隧道的影响。研究表明,计算结果与实测变形吻合较好,解析解能很好的解释既有隧道对地层变形的阻隔和扩散作用。研究成果为下穿施工引起的既有隧道及地层沉降计算提供了一种新的解析方法。     

基于双层Winkler地基的盾构穿越管线挠曲与脱空分析

盾构掘进诱发上覆管线的挠曲和脱空分析对其结构保护至关重要。基于双层Winkler地基并考虑管线上覆与下卧地基刚度差异,对盾构隧道开挖上覆管线挠曲和脱空进行理论与模型试验证实分析。基于荷载板试验对传统管线砂土地基承载理论加以修正,提出适用于盾构穿越管土相互作用分析的砂土地基刚度和极限承载力取值建议。参数分析发现,管线脱空宽度随管线抗弯刚度和隧道开挖地层损失增大而变大,但变化速率递减;当地层损失或管线抗弯刚度较大时,管土线弹性相互作用理论和考虑界面脱空的单层地基计算方法均高估了管线挠曲和弯矩,而考虑界面脱空的双层Winkler地基计算方法可更准确地预估管线挠曲。     

类矩形盾构隧道开挖引起邻近地下管线变形研究

盾构隧道开挖环境影响的既有成果针对圆形盾构隧道施工效应做了较多研究,但针对类矩形盾构隧道施工效应的研究还较少。基于类矩形盾构隧道开挖面收敛位移变形模式,首先采用镜像法,提出类矩形盾构隧道施工诱发周围土体自由场位移的分析方法;其次,基于Winkler地基模型,将土体自由位移场施加于地下管线结构,提出类矩形盾构隧道施工诱发邻近管线变形的简化计算方法。通过工程实例分析,将土体自由场变形与实测数据进行对比验证;同时,采用有限元数值模拟方法,将管线竖向变形计算结果与本文简化方法进行对比分析。此外,针对隧道矩形长边宽度、隧道和管线埋深、管线直径、管线弹性模量、土体压缩模量、土体损失间隙参数等关键参数进行了影响分析。研究结果表明,采用类矩形盾构开挖面整体下沉收敛模式,镜像法解答得到的土体自由场位移与实测值吻合较好;提出的简化方法计算邻近既有管线变形的理论计算值与数值模拟值吻合较好。通过参数分析,可知隧道矩形长边宽度、管线埋深和管线弹性模量为敏感性参数。随着盾构矩形长边宽度的增大,管线变形曲线槽宽度显著增大;随着管线埋深的增加,管线变形显著增大;随着管线弹性模量的增大,管线变形显著减小。     

基坑开挖引起邻近管线变形的理论解析

基坑开挖将造成邻近地下预埋管线向基坑方向变形,针对此问题,采用弹性地基梁推导了管线的变形和内力解析式。传统的弹性地基梁模型中,在基坑开挖面施加卸载释放荷载,然后通过Mindlin解获取管线上的附加应力,详细分析了该法的不足,提出采用基坑开挖引起的土体附加变形作为弹性地基梁模型中的外部作用。分析了基坑一侧土体纵向变形适用的经验公式,并以此建立了弹性地基梁微分方程,给出了管线变形和内力的解析解,针对解析解的计算困难,进一步给出了加权残值解。考虑到实际工程为三维问题,推导了管线的扭矩求解公式,完善了弹性地基梁解答。     

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...     

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。     

隧道开挖对层状地基中邻近管道影响的 DCBEM-FEM 耦合方法

目前,在城市地铁隧道施工中常常遇到邻近市政管线的影响。而较多的研究集中在隧道施工引起的周围地层变形上,考虑邻近管线 作用的隧道开挖理论分析方法并不多见。为此,针对隧道洞周引入椭圆化非等量径向土体位移控制模式,将邻近管线视为 Euler-Bernoulli 梁,同时将层状地基土体视为弹性层状地基模型,提出了 层状地基中隧道开挖引起邻近管道纵向变形的 DCBEM-FEM （位移控制边界元与有限元） 耦合分析方法。最后结合现场实测数据和位移控制有限元数值模拟进行分析,验证了本文方法的有效性。研究表明： DCBEM-FEM 耦合 方法可以较好的体现隧道开挖所引起的地层损失问题,同时本文方法在考虑邻近管线作用时具有较好的计算精度。研究成果可为合理制定城市地铁隧道施工对邻近管线的保护措施提供一定的理论依据。     

基坑开挖对地下管线工作性状影响的数值分析

为研究基坑开挖对于地下管线工作性状的影响,进而为管道安全评估与防护提供参考依据,利用Plaxis 3D Tunnel 建立基坑开挖中的土体与地下管线相互作用的有限元模拟模型。对土体采用Hardening-Soil 模型,对管线及基坑支护结构与土之间均采用接触面单元,对不同管道数量和位置以及施工步骤、基坑尺寸对地下管线水平位移、竖向位移和内力的影响进行了大量的参数分析。结果表明在基坑支护结构、管线与土体相互作用下,墙背管线位移随基坑尺寸增大而增大,但其分布形态不变;管道距离地下连续墙越近,管道的位移则越大,而地面位移越小;管道数量越多,管道位移与墙背土体位移均越小;管线内力与变形与基坑开挖特性参数之间的关系是非线性的。     

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。     

顶管施工中相邻垂直交叉地下管线变形的三维有限元分析

顶管施工引起的管道周围土体移动会对相邻地下管线造成危害。采用三维有限元分析了顶管施工引起的相邻垂直交叉地下管线变形，研究了离顶管距离的远近、注浆、纠偏、不同管材、地下管线埋深、管线与土体弹性模量比等因素对地下管线位移的影响。研究表明：地下管线产生的竖向位移远大于水平位移，当顶管开挖面通过地下管线2m时，地下管线产生的竖向位移达到最大；顶管向地下管线侧纠偏是引起地下管线变形的主要原因；地下管线弹性模量越小，产生的位移越大。地下管线周围土体的弹性模量大小对位移有很大影响，可以通过注浆等方法加固土体以减小地下管线的位移。     

深基坑开挖对邻近地下管线影响的数值分析

深基坑开挖对邻近既有地下管线影响规律的研究,是基坑环境工程中的重要课题。考虑到土体、围护结构与地下管线三者的耦合作用,采用三维有限元软件ANSYS整体建模,研究分析了某内撑式深基坑开挖对邻近地下管线的影响。分析得出:邻近管线受深基坑开挖的影响明显,且开挖越深引起的位移越大;管线在深基坑坑角对应位置附近由于曲率变化较大而产生较大应力,在坑角处附近尤其要做好管线保护措施。     

深基坑开挖对周围地下管线影响因素分析

深基坑开挖对周围地下管线影响的研究，是基坑环境工程中的重要课题。运用三维有限元法可成功进行地下管线位移与内力计算，预测由基坑开挖引起的地下管线变形，只有控制好围护结构的位移，才能保证邻近地下管线的安全使用。     

软土地层临近地铁基坑施工影响控制研究

随着城市地铁沿线地下空间的持续开发,基坑施工对临近地铁变形影响控制越来越受到关注。以上海某邻近地铁的基坑工程为例,通过实测分析和数值计算的方法研究了基坑开挖和拆撑对临近隧道变形的影响,并对伺服系统控制临近隧道变形进行定量分析。结果表明：覆存于软土地层中的隧道对临近施工扰动非常敏感,尽管大区基坑与隧道间距超过2.5倍开挖深度,隧道变形仍超过了监护要求的控制值;大区地下结构施工时拆撑对隧道收敛变形影响超过开挖影响的50%;应力伺服支撑系统对控制临近隧道变形比较有效,适当的“负位移”可以对隧道变形产生有利效果。