深基坑分层开挖对邻近盾构隧道的影响分析

基坑工程的施工经常出现在已建盾构隧道的附近,从而必然使已建隧道产生附加变形。为了研究基坑开挖对邻近已建盾构隧道的影响,通过有限元软件PLAXIS针对某深基坑开挖对邻近地铁隧道的影响进行了一系列的模拟,土体本构模型采用PLAXIS小应变土体硬化模型。分析表明：基坑开挖将对邻近隧道产生很大的影响,盾构隧道不仅在水平方向会发生较大的位移,而且在竖直方向也会发生一定的沉降且沉降量不能忽视。     

应变相关修正剑桥模型在基坑开挖中的应用

提出考虑上海软土在小应变情况下刚度随应变非线性衰减的应变相关修正剑桥模型(SDMCC),将其应用于基坑分步开挖和支护的数值分析中。采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D),建立了考虑支护结构与土体的接触作用的基坑有限差分数值模型,土体采用应变相关修正剑桥模型,分析了基坑开挖过程中围护墙侧移、地表沉降、坑底隆起等变形性状。     

盾构双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对管线的影响研究

在离心模型试验中同时考虑隧道开挖所致地层损失效应和质量损失效应,研究不同开挖顺序及不同布置形式下双隧道开挖对管线的影响规律。同时采用基于地层损失比的位移控制有限单元法对离心模型试验及其他4组拓展工况进行分析,其中土体本构模型采用考虑土体小应变特性的HP(Hypoplasticity model)模型,并将试验结果与已有的解析方法进行对比。研究结果表明,双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对地表沉降、管线沉降、管线弯曲应变的影响显著;管线存在所产生的"遮拦"效应对管线正上方地表沉降的影响程度随着自由场最大地表沉降的增加而逐渐加剧;双隧道开挖所致管线沉降的主要影响区域为-1.2D_T~1.2D_T;实际工程中应加强浅埋后继隧道开挖时管线工作性状的监测工作,且不应简单采用叠加原理对不同施工工序及不同布置形式的双隧道开挖所致地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变进行预测,应合理考虑后继隧道开挖所致土体的累计剪切应变及上覆隧道的遮拦效应对管–土相对刚度的影响。     

基坑数值分析中本构模型的对比应用

在实际基坑工程设计与计算中,数值分析已经成为最重要的手段。在计算过程中,如何选择合适的土体本构模型以及计算参数对结果有较大的影响。本文在分析了常用的本构模型基础特点上,通过具体算例系统地比较了各类本构模型在基坑工程中的适用性。通过比较同一基坑的侧壁水平位移、坑外地表沉降以及坑底土体隆起,可以对比几个常用本构模型线弹性、摩尔库伦模型、修正剑桥模型的模型差异与特点。具体工程实例的分析,表明了能反映土体应变硬化特征、能区分加荷卸荷区别的修正剑桥模型在基坑工程数值分析中可以较合理的模拟基坑工程开挖工况,因而建议在相关的计算分析中尽量采用修正剑桥本构模型。     

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。     

软土地区盾构隧道施工数值模拟研究及应用

数值模拟已成为分析盾构隧道施工的重要手段,而计算准确性的关键是选择合适的土体本构模型及确定正确的参数。为研究适用于上海地区软土地层盾构隧道施工数值模拟的土体本构,结合上海工程实例,分别采用摩尔-库伦模型（MC）、土体硬化模型（HS）、小应变土体硬化模型（HS-Small）,对盾构隧道施工进行数值模拟,通过与ANSYS理论计算结果进行对比,分析不同土体本构模型在数值模拟中的适用性。研究发现,针对上海地区软土地层,在盾构隧道施工工程中采用摩尔-库伦模型（MC）、土体硬化模型（HS）的计算结果与ANSYS理论计算结果吻合度较高。这些模型已成功应用在实际隧道工程的结构受力分析中。     

盾构隧道开挖及补偿注浆对地层扰动影响的室内试验及数值模拟研究

针对盾构法施工过程中产生的土体损失,补偿注浆是一种应用广泛的沉降控制措施。通过模型试验及数值模拟,研究了盾构隧道开挖及补偿注浆对周围土体的扰动影响。将开挖和补偿注浆连续考虑,重点研究了既有土体损失情况下补偿注浆对地表沉降和周围土体应力的影响规律,研究结果表明,盾构隧道开挖过程中,地表沉降可以用Peck公式有效预测,且沉降最大值与土体损失率呈线性关系,隧道周围土体按照应力变化情况分为正拱区、卸荷区、塑性区。补偿注浆过程中,土体按应力变化情况分为抬升挤压区和正拱补偿区。应用小应变本构模型(HSS)进行数值模拟,模拟结果与试验规律对应良好,进一步验证了模型试验揭示的隧道开挖和补偿注浆对土体的扰动机理。     

分区施工基坑对邻近隧道变形影响的三维有限元分析

上海世博片区绿谷一期深大基坑工程紧邻越江双线盾构隧道,基坑环境保护要求高,基坑采用分区方案实施。以PLAXIS3D有限元软件建立基坑与邻近隧道的三维有限元模型,土体采用HS-Small小应变本构模型,对基坑分区开挖的过程进行了动态模拟。计算结果与实测结果对比表明,采用HS-Small小应变土体本构模型的三维有限元分析能较好地模拟基坑的变形以及基坑开挖对邻近隧道的影响;分区施工方案通过减小单个基坑的规模,充分利用了基坑的时空效应,起到了很好的变形控制作用。     

基于HSS模型的双线地铁隧道下穿高压燃气管道的影响分析

以北京某地铁盾构施工区间为研究对象,基于土体HSS本构模型,在砂土地层中,利用Plaxis 3D有限元软件,通过模拟结果与监测数据的对比分析,分析了双线隧道地表沉降变形规律以及开挖过程对管道的影响。结果表明,土体HSS本构模型在北京区域比较适用;后线隧道的开挖对先行隧道有较大影响,地表最大沉降出现在先行隧道上方;管道处沉降受双线盾构施工二次扰动的影响较其他部位地表大,施工时应格外关注。     

基坑开挖对盾构隧道变形影响及加固措施研究

地铁运营期间不可避免的会在其周边遇到基坑建设施工,两者之间会产生相互影响。本文基于杭州市彭埠单元某基坑工程,采用plaxis 2D有限元软件,结合考虑土体小应变特性的本构模型,计算分析了基坑开挖时土性参数和相对位置变化对盾构隧道附加弯矩和累计变形量的影响,对比了不同加固措施控制隧道变形的效果。     

盾构隧道施工过程建模影响因素分析

为研究盾构隧道施工过程建模影响因素及其影响程度,首先,综合隧道开挖过程中盾构机前体与岩土体影响因素耦合作用分析,构建盾构隧道开挖过程仿真模型,给出地表沉降和隧道垂向应力;然后,进一步模拟去除其中一种因素的隧道开挖过程,求出相应的地表沉降和隧道垂向应力;最后,基于傅里叶变换对各种情况下地表沉降量和应力应变状况进行比较分析,找出各因素对建模的影响程度。结果表明:一方面,建模过程中各种因素对地表沉降的影响大于对隧道垂向压力影响;另一方面,盾构机推进给开挖面土体压力、盾尾灌浆延迟管片拼装造成的暂时性土体支撑力不足、盾构机刀盘转动给开挖面土体扭力等因素对模型解算造成的影响最大。本研究对提高盾构隧道施工过程建模的准确性和实效性,指导盾构隧道施工具有重要指导作用。     

浅埋软弱地层双线大直径隧道风险控制技术

大量浅埋隧道盾构掘进易出现开挖面失稳、隧道上浮、地面冒浆及地表沉降大等现象,直接影响到工程施工安全。就此问题,结合上海人民路新建双线越江隧道工程,对大直径泥水平衡盾构穿越浅埋段的施工风险进行全方位分析,对双线盾构浅埋软弱地层近距离掘进技术进行了深入研究。     

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。     

西安富水砂层盾构施工Peck沉降预测公式改进

隧道开挖引起的地表沉降预测主要有公式法、数值法、解析法等,由于Peck公式法的合理、简便,被广泛应用于隧道开挖引起的地表沉降预测中。但由于Peck公式的局限性,在不同地层中预测隧道开挖引起的地表沉降时需要对其进行修正。本文以西安地铁某区间盾构穿越富水砂层为背景,通过现场实测数据、线性回归方法并引入地表最大沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β两个参数对原始Peck公式进行修正,得出α的取值范围为0.106 7~0.354 4、β的取值范围为0.539 0~0.681 9,将修正后的公式和现场数据对比发现拟合效果较好,参数取值合理。相关结论可供盾构在富水砂层中施工作为参考。     

砂性土层大直径浅埋隧道掘进试验及离散元模拟

隧道断面的增大致使盾构施工的风险增大,尤其是高水压砂性土层,大直径浅埋隧道盾构对周边岩土体的扰动以及土层变形的影响是目前需要研究的新课题。本文以武汉地铁7号线大直径越江隧道段为工程背景,建立了大直径浅埋隧道盾构掘进室内缩尺试验模型,采用螺旋出土盾构设备(包含螺旋杆、螺旋出土器及套筒),以恒定的推进速率进行了隧道掘进,并且对地表沉降进行了监控。同时,本文建立了同尺寸的浅埋隧道盾构掘进离散元模型,对盾构掘进过程中地表沉降、开挖面前方土层中颗粒配位数以及黏结破裂区域进行了分析研究,并与室内试验结果进行了对比分析。结果表明:地表竖向位移与室内试验结果吻合度较高,盾构掘进地表各点处的沉降均随着掘进距离的增大而增大;盾构掘进影响区域主要分布在隧道顶部至地表、一定范围内的周边土体以及开挖面前方一定范围内的盾构区域;颗粒接触点处的黏结破裂区域主要分布在盾构区域和隧道顶部区域。     

泥水盾构盾尾泄漏处理实例

盾尾泄漏对盾构掘进影响非常大,严重的甚至可能造成地面沉陷、水淹隧道等事故,因此掌握盾尾泄漏的处理技术在盾构施工中非常重要,文中介绍某泥水盾构工程盾尾泄漏的施工处理经验,供同行参考。     

盾构隧道下穿桥梁引起桩基变位的数值分析

依托某地铁盾构隧道下穿既有桥梁桩基工程,考虑实际的工程地质水文地质条件、上部桥梁结构传递到承台顶的荷载、盾构设计及施工参数等因素的影响,建立FLAC3D数值计算模型,模拟盾构隧道顺桥向穿越桥梁桩基的全过程,对两种不同的桩基加固方案条件下地表沉降和桩身变形规律进行了分析。研究结果表明:隧道开挖引起桩的挠曲,桩身的水平位移随桩洞距离增大而减小;后开挖侧的桩身位移比先开挖侧大;桩和承台约束了地表的沉降。     

地铁盾构侧穿高速桥桩基的影响分析

以佛山地铁莲塘~张槎盾构区间侧穿佛开高速桥施工为工程依托,运用MIDAS/GTS有限元程序模拟盾构开挖的全过程,采用不加固和袖阀管注浆加固两种施工工况,分析不同工况下盾构施工对地表沉降和桥梁桩基的差异沉降,结果表明,地层受盾构施工的影响范围都逐步扩展,地表沉降曲线符合Peck沉降槽规律,袖阀管注浆加固后地表沉降量减小约为4mm,桥梁桩基差异沉降减小1.3mm。     

软土地区盾构掘进引起的深层位移场分布规律

 在城市环境中,如何预测和控制盾构掘进引起的地层移动以保证地下既有构筑物的安全,是设计和施工亟待解决的技术问题。以上海某盾构隧道施工段为工程背景,应用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究盾构掘进施工引起周围地层位移场的分布规律。研究结果表明：盾构掘进对周围地层位移场的影响主要分为接近、穿越和远离测孔3个阶段。在盾构掘进接近和穿越阶段,隧道侧向土体以隆起、沿盾构掘进方向向前和向隧道外侧的位移为主;在远离阶段,侧向土体则发生沉降、向前和向隧道内的三维运动趋势。由于该工程隧道埋深大,隧道中心上方土体主要发生沉降和向前的位移趋势。根据数值计算所得隧道上方不同深度土层的横向沉降槽曲线,建立用于预测隧道上方深层土体沉降的修正Peck公式,计算结果与数值结果吻合较好。     

建筑物对盾构隧道施工引起地面沉降模式的影响

本文以盾构隧道施工引起的地面沉降为对象,研究邻近地表建筑物的存在对其发生发展的影响。以具体工程为依托,以实际工程监测和数据分析为主要手段,研究得出：在有邻近地表建筑物存在时,地表沉降曲线形状与无建筑物存在时相似,均符合高斯曲线的形式;区别在于有建筑物存在时,地表沉降曲线的峰值要比无建筑物存在时小,曲线的反弯点离隧道轴线的距离要比无建筑物存在时远;说明了地表建筑物的存在以及建筑物基础与地基相互作用提高了盾构隧道穿越地基土层的刚度,对盾构隧道引起的地表沉降有控制作用。在盾构隧道施工及监测的过程中,可依据该特点合理布设有无地表建筑物存在情况下的监测测点,并对盾构隧道引起的建筑物及地标开裂现象做出合理的预测。