上软下硬地层隧道开挖三维有限元分析

上软下硬地层大断面隧道受力结构复杂,分步开挖对围岩扰动大、风险高。为分析大断面隧道开挖受力特性,探寻分步开挖变形规律,利用MIDAS/GTS NX岩土分析软件建立三维有限元模型,对隧道开挖过程中地表沉降、隧道收敛、锚杆轴力、初支应力受力特性进行研究。通过分析得出,上软下硬地层大断面隧道开挖地表沉降主要发生在上台阶施工阶段,上台阶开挖引起的地表沉降占总体沉降量的97%;硬岩地层大断面开挖台阶间距对地表沉降、隧道收敛、初支结构受力影响不大。研究成果可为上软下硬地层大断面隧道开挖提供借鉴和参考。     

地铁车站洞桩法施工方案对比研究

以北京地铁7号线桥湾站工程为背景,采用FLAC3D数值模拟的方法,通过监测数据分析不同洞桩法(PBA工法)施工对地表沉降和初支受力的影响,以确定PBA工法施工地铁车站的最优方案。研究分析表明:开挖1层导洞的施工方法能控制地表沉降且地表影响范围较小,但开挖车站底部时的隆起较大;开挖双层导洞的顶拱初期支护弯曲应力稍大;导洞开挖阶段和扣拱阶段占地表总沉降量的90%左右,其他阶段引起的沉降较小。     

悬臂式无支撑板桩支护基坑变形性状有限元分析

不同开挖宽度与深度比条件下悬臂式无支撑板桩支护结构与周围土体的变形特性将发生变化.采用二维有限元方法分析了不同开挖宽度与深度比(L/D)条件下无支撑悬臂开挖基坑的变形性状,详细探讨了开挖宽度与深度比对地表沉降、地表水平位移、坑底隆起、坑底水平位移及支护结构侧向变形的影响.计算结果表明:在基坑开挖深度不变的条件下,地表沉降量、坑底隆起量及坑底水平位移量均随L/D的增加呈非线性增长,开始增长迅速,当L/D达一定值后数值几乎不再变化;地表水平位移量随L/D的增加先减小后增大:支护结构侧向变形随L/D的增加逐步由顶端内倾型过渡到整体向坑内移动的顶端外倾型,L/D越大,围护结构的整体侧向位移越大.     

软弱围岩偏压连拱隧道正洞合理施工布局研究

浅埋偏压连拱隧道左右洞的施工顺序和布局对围岩稳定和支护受力影响较大,为了明确浅埋偏压连拱隧道合理施工顺序,本文依托广东省南山路连拱隧道工程,结合现场监测以及数值模拟方法,研究了软弱围岩浅埋偏压连拱隧道左右正洞不同开挖布局时初期支护受力变形规律。通过建立数值模型对先开挖浅埋侧正洞和先开挖深埋侧正洞两种分案下的拱顶沉降、初期支护受力、塑性区分布、中隔墙水平侧向位移及受力等模拟结果的分析,得出:(1)不管采用哪种开挖顺序,先行洞的拱顶沉降均小于后行洞的拱顶沉降;(2)后行洞上台阶开挖后为中隔墙倾斜最为严重阶段,隧道施工完成后中隔墙向浅埋侧倾斜;(3)先行洞的初期支护整体受力较大,后行洞的初期支护受力较小;受力较大的部位一般在先行洞上台阶与中隔墙连接处以及靠近中隔墙侧拱腰处;(4)先开挖浅埋侧正洞方案较优,该方案支护受力变形较小,有利于支护结构的稳定。研究结果指导了现场工程施工,现场监测数据与计算结果较为吻合,研究结论可为类似工程提供参考。     

公路隧道下穿双层采空区开挖过程模型试验

双层煤层由于距离较近，采空后冒落带范围相互叠加，下穿隧道施工引起的围岩松动垮塌范围要大于单层采空区，对隧道结构受力和围岩稳定产生不利影响。开展公路隧道下穿双层煤层采空区的室内开挖模型试验，通过埋设地中位移计、土压力盒和电阻应变片，测量了隧道开挖过程中采空区地层移动和初期支护内力特征。测试结果表明，采空区地层沉降主要产生于上台阶开挖至初支闭合阶段，倾角较小时，地层沉降速率较大，沉降曲线较陡，而后期收敛较慢，沉降较大；隧道支护结构承受一定的偏压荷载，且倾角越大，偏压越明显，围岩与支护的最大接触压力出现在采空区对侧的仰拱处。由于采空区地层的松散性，锚杆的作用没有得到充分发挥。钢拱架最大弯矩主要发生在上台阶靠近采空区侧拱脚处；轴力分布不均匀，靠近采空区侧轴力水平普遍偏低，不利于支护结构稳定。随着采空区倾角的增大，初期支护拱顶正弯矩区域向采空区侧偏移，最大弯矩值和最大偏心距都显著增加，支护结构稳定性降低。试验揭示了隧道下穿双层煤层采空区开挖过程中采空区地层移动规律和初期支护受力特征，可用于指导类似工程设计与施工。     

地铁车站盖挖联合管幕施工技术

针对广州某地铁车站施工中复杂的地上地下环境,提出盖挖联合管幕施工工法,充分利用管幕支承作用减少管线迁改、减少施工占地并保障施工安全。为验证方案的可靠性,采用ABAQUS有限元分析软件建立模型,分析地铁车站施工过程中的地表地层沉降规律及管幕受力变形规律。结果表明,管幕结构受力变形主要受其上覆土体荷载、右线顶板施工及地下2层土体挖除的影响,后续施工步对管幕的受力变形影响较小;施工引起的管幕上方地表沉降呈左缓右陡的沉降槽曲线;车站左线地下1层土体开挖引起的地表最大沉降可达最终沉降量的65%,右线顶板施工及地下2层土体开挖引起的地表最大沉降达最终沉降量的98. 6%,后续施工对地表沉降影响较小。     

盾构施工对地表沉降影响数值模拟研究

为揭示盾构施工过程对地表沉降的影响,以某地铁东部市场至拱星墩区间盾构施工工程为背景,运用ABAQUS对不同土质、土体相关参数、盾构推进进尺、上部结构刚度进行数值模拟分析,通过改变参数数值,研究地表沉降规律。试验结果表明:不同土质的地表沉降曲线区别较大,其本质是各类土体相关参数的不同引起的地表沉降差异;地表竖向沉降值随着土体力学参数的增大而逐渐减小;随着盾构推进距离的增加地表竖向沉降值在增大,并且呈一定的线性关系;在沉降槽宽度系数以内,地表竖向沉降值随着土体上部建筑物结构刚度的增大而逐渐减小;在沉降槽宽度系数以外的一定范围内,地表竖向沉降值随着土体上部建筑物结构刚度的增加而逐渐增加。     

软土中不同埋深地下通道开挖对邻近桩基的影响

运用三维快速拉格朗日分析程序FLAC~(3D),分析了软土中不同埋深地下通道开挖对邻近桩基及地表产生的影响,并对地下通道开挖引起的地表沉降变形进行了数值模拟,同时得到邻近桩基桩顶的水平位移和竖向位移,并根据邻近建筑物的允许变形值评估该地下通道开挖对建筑物的影响程度,根据计算结果和通道开挖过程中周围土体运动趋势可以得出,随着地下通道埋深的增加,桩顶水平位移和沉降位移也随之增加,且增加幅度较大。     

浅埋偏压大断面暗挖隧道施工力学行为数值模拟分析

针对浅埋偏压大断面隧道开挖过程中风险较大,从常用的三种施工方法入手,对三台阶法、中隔墙法、双侧壁法等进行数值模拟分析,分别对其围岩应力、塑性区、初期支护结构内力、地表沉降、洞周位移等多个方面进行对比分析。研究结果表明双侧壁法开挖时,支护结构受力、变形及围岩变形、受力均最小,其次为中隔墙法,最不利为三台阶法开挖。     

黄土地区浅埋暗挖三连拱地铁隧道围岩压力特征研究

 为准确认识黄土地区浅埋暗挖三连拱地铁隧道围岩和支护体系在施工过程中的应力变化规律,以西安地铁二号线工程为依托,开展较大规模的现场测试工作,对围岩与初期支护接触压力、初期支护与二次衬砌接触压力及各测试部位围岩压力随施工进展的变化规律进行研究。研究结果表明：先开挖洞室初期支护各部位(仰拱位置除外)所受的围岩压力均大于后开挖洞室初期支护所承受的压力;隧道拱顶与仰拱底部围岩压力随开挖跨度的增大而增大;左、右线中隔墙底部因承担了较大的上部土体荷载而受力最大;二次衬砌施作后初期支护结构受力整体增大;初期支护与二次衬砌承受的荷载比例分别为52.81%和47.19%,设计时可按50%进行取值;先行施工的各部位围岩压力随后续洞室的施工均出现增长趋势。     

考虑施工过程的盾构隧道沉降数值分析

 地铁隧道施工引起的地面沉降已成为我国城市地面沉降的主要根源之一,威胁着地铁沿线附近建筑物和地铁隧道上方地下管线的安全,因此,准确预测盾构隧道施工引起的沉降对维护地铁施工安全至关重要。基于K. M. Lee等提出的等效地层损失参数法,利用数值分析方法研究注浆压力和掌子面推力这2个重要参数对盾构隧道施工沉降的影响规律。并在此基础上将注浆压力对于隧道上覆土体的重力及掌子面推力对土体侧向静止土压力进行归一化处理,提出可以考虑施工因素对隧道沉降的计算方法。算例与数值计算结果的对比,证实提出的修正计算方法的有效性。     

砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

分析了成都砂卵石地层工程地质和水文地质条件,通过大型三轴试验对砂卵石层力学特性进行了研究。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点,选用颗粒离散元法作为数值计算工具,通过对大型三轴试验的数值模拟,对砂卵石层的细观参数进行了标定。研究了支护压力对开挖面变形、地表沉降、开挖面的最大位移和土层应力的影响。研究结果表明：1)开挖面土体破坏形状和砂土的离心试验模型相符;2)当支护压力较小时,开挖面前方土体颗粒接触力很低,颗粒流动趋势明显,因此容易引起超挖,从而导致盾构施工后形成地层中的空洞;3)开挖面前的上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞也不会立刻引起地面塌陷,这是目前成都盾构施工引发地面滞后沉降的主要原因。     

浅埋暗挖隧道施工性态的数值模拟与分析

地铁隧道施工中,隧道开挖程序、施作的步骤对隧道稳定性及地表沉降影响显著。北京地铁10号线某标段浅埋单洞双层隧道,是出入口通道与车站中洞、旁边单层侧洞相接的暗挖部分,单、双层转换,初支结构形式和施工都很复杂。目前国内外对单洞双层隧道分析较少,与车站和通道相连接的这种单洞双层隧道比较短,对它的分析往往被忽视。对采用3层6导洞的CRD工法施工的这种浅埋单洞双层隧道的施工性态进行数值模拟,分析该区域隧道施工引起的地表沉降,探索一次性开挖成洞及隧道分步开挖引起的地表沉降槽的变化形态,拱顶沉降及拱顶主应力的变化规律。数值分析表明:施工工序不同使隧道的偏挖引起的沉降槽向未开挖一侧偏移,此过程中地层最大沉降并不发生在隧道中线处,而是完成全部开挖,地层变形稳定后,其累计沉降最大值位于隧道中线处。隧道开挖衬砌完全施作后,地表沉降变化不大,但是后续开挖步引起的结构内力应予以重视,尤其对于中隔壁支撑及拱底衬砌的支护,要及时施作拱底二次衬砌。研究结果为单洞双层隧道分步施工控制地表变形和洞周位移提供参考依据。     

邻近地层损失对地下挡土结构土压力与地表沉降影响试验研究

城市浅层空间隧道往往从一侧或两侧地下挡土结构物之间穿过,多数情况下会引起地层损失。目前城市地下开挖引起塌陷事故呈现逐年增多的趋势,当地层损失产生后,周边已建或在建基坑挡土结构的土压力和地层沉降发展规律是决定是否需要进行加固或处理的依据。为了获取地层损失的扰动影响规律,开发了模型试验装置与钢棒相似土技术,采用活动门下沉模拟地下开挖引起的地层损失,采用挡墙平移模拟基坑开挖。分别考虑活动门深度与宽度比、活动门位置深度与距离比、活动门位置深度与侧限宽度比,开展了15组二维模型试验。利用挡土板上的18块悬臂式载荷计测得挡土结构土压力,采用粒子图像测速技术获取表面沉降曲线。结果表明:地层损失会使邻近基坑挡墙上部土压力增加,下部土压力减小;地层损失发生后,邻近的新建基坑如继续进行开挖施工,由于土体受到了充分的扰动,挡土结构底部不会出现土压力减小的箱槽效应,挡墙平移达到主动极限状态时的土压力分布与库仑主动土压力较为吻合;邻近地下开挖引起地层损失与挡墙平移的叠加效应影响下,地表沉降最大值和曲线曲率随活动门宽度增加而增加,随活动门距离和侧限宽度减小而增加。由于采用钢棒相似土,所获得的研究成果主要反映砂土地层的土压力与变形特性。     

地铁深基坑沉降监测数据特点分析与预测

为明确地铁深基坑开挖引起的地表沉降变形规律,结合施工过程,依据D 市Z 地铁站第29-48 期深基坑沉降监测数据,分析出深基坑地面沉降变形的普遍特点。同时,利用灰色GM（1,1）模型,对两个典型沉降点的监测数据依据不同的施工阶段进行预测。结果表明,灰色GM（1,1）模型在深基坑的沉降预测中比较可靠,且分阶段预测精度更高。可见,深基坑的沉降变形特点与开挖施工过程密切相关,在预测时结合施工进度,能提高预测精度。该研究为日后地铁深基坑沉降监测数据分析与预测提供参考。     

浅埋大跨度隧道施工中非均衡支护设计的影响分析

针对当前大跨度隧道施工中出现的一些问题，选取某城市软土地层中采用双侧壁法施工的大跨度隧道为案例，就导洞初期支护的非均衡设计对地表沉降控制以及支护结构内力转换等方面的影响情况进行分析，分析表明： 采用 timoshenko 分层梁模拟支护以及对支护构件按等效刚度处理是合适的，计算结果与实测规律比较吻合；导洞支护的非均衡支护设计对地表沉降影响较大，内壁刚度过度减弱，将导致中洞开挖阶段的地表沉降值迅速增加，给中洞施工带来压力；非均衡支护设计将直接影响支护结构的最终内力分布及中洞开挖阶段的支护内力转换，而对 拆撑阶段支护内力的影响相对较小。     

地铁“先隧后站”车站基坑施工力学效应分析

为了解“先隧后站”法先期隧道施工产生的土体扰动对后期地铁车站基坑开挖的影响规律,以厦门地铁2号线高林站工程为依托,根据工程经验考虑4种地层损失率η,通过数值模拟先盾构隧道后明挖法扩建地铁车站基坑开挖过程,研究基坑开挖破除隧道前后基坑变形及围护墙内力变化规律。计算结果表明:地表沉降和墙体侧移及内力分布规律基本不变,但极值存在一定变化;对于地表沉降极值η为0.5%、1%和2%时的比无隧道时(η=0)分别增大15.8%、12.6%和10.7%;对于围护墙侧移,η从0.5%增至2%,极值增幅约4.1%;先期盾构隧道施工力学效应不利于后期基坑开挖。为克服这种不利效应,现场提出了一套基坑土方开挖及管片拆除的施工方案,实践表明采取的方案可靠,基坑安全稳定。     

长春地层地铁隧道施工的Peck公式改进

Peck利用高斯方程提出预测地铁隧道开挖引起的地表位移的方法是目前众多经验方法中最为简便也是应用最为广泛的方法,但这一公式具有相应的局域性,对不同地区的适用性尚未有明确结论。本文以长春地区地铁隧道开挖施工为研究实例,通过对施工过程中大量地表沉降实测数据进行分析,利用线性回归的数学方法,引入两个修正系数:地表最大沉降修正系数α、沉降槽宽度修正系数β,对在长春地区地质条件下由地铁隧道施工引起的地表沉降进行分析研究。结果表明:长春地铁一号线施工区绝大部分实测地表沉降数据都可以较好的进行高斯分布拟合,且当α介于0.3~0.7之间、β介于0.6~1.0之间,Peck公式改进后所绘曲线更接近地表实测沉降数据,使预测效果更好。     

FBG分布式沉降管在盾构隧道沉降监测中的应用

介绍了一种利用光纤光栅传感技术(FBG)监测地铁盾构隧道沉降的新方法:通过在铝合金测斜管表面特定位置粘贴光纤光栅形成FBG分布式沉降管,并将该种沉降管连续安装在地铁盾构隧道管片的内表面,可以实现对地铁盾构隧道实时分布式远程沉降监测;提出了温度自补偿算法等数据处理方法,解决了分布式沉降数据的处理问题。该技术已在某地铁隧道沉降监测项目得到应用,成功揭示了隧道周围基坑开挖过程中卸荷和降水对地铁盾构隧道竖向变形的影响规律。     

Surface subsidence induced by twin subway tunnelling in soft ground conditions in Istanbul

Unlike the symmetrical surface settlement trough of a single tunnel which can be described using the Gaussian function, surface settlement over twin tunnels can be symmetric with respect to the mid-point between two tunnels or asymmetric. The paper reports the settlement troughs which developed when earth pressure balance (EPB) machines were used to excavate twin tunnels at shallow depth in the soft ground conditions beneath a developed part of Istanbul. An attempt is made to evaluate the effects of different factors on the surface subsidence. Detailed monitoring was undertaken when one tunnel was advanced ahead of the other and when only one tunnel was being driven. It was found that the shapes of the subsidence troughs over the two tunnels were different and varied with the excavation of the second/subsequent tunnel. It is concluded that changes in the subsidence trough are related to disturbance in the geo-material when an excavation is advanced ahead, as well as the nature and thickness of the overburden.