盾构隧道开挖过程地表变形分析

为研究盾构隧道开挖过程对地表变形的影响,在假定平面应变的条件下建立应力释放法开挖隧道的数值有限元模型,研究土层厚度比和刚度比对地表变形的影响。结果表明：（1）当刚度比较小且保持不变时,地表水平和竖向位移随厚度比的增大而增大,当刚度比较大且保持不变时,地表水平和竖向位移随厚度比的增大而减小,造成结论相反的原因是由于刚度比不同导致土体的有效弹性模量不同,进而导致地表位移发生改变;（2）隧道周边对地表位移起控制性作用的区域为影响区,实际工程中要重点关注影响区的范围,以便减小对地表变形的影响;（3）对于三层土情况,盾构隧道施工对地表变形的影响仍然受有效弹性模量和影响区的控制。但无论何种情况,地表位移曲线均呈高斯分布形态。     

越江隧道联络通道冻结法施工力学模拟分析

为直观了解冻土帷幕的力学特性,掌握隧道联络通道开挖过程对冻土帷幕的影响,保证开挖过程的安全,采用大型有限差分软件 FLAC ^3D ,对联络通道的开挖过程进行了数值模拟。从数值分析的角度对冻土帷幕的应力与变形进行了分析和安全评价,详细研究了冻土帷幕中应力与位移的分布情况,确定了冻土帷幕厚度设计安全值为 2.5 m （可以满足施工要求）,并指出了容易产生应力集中的位置为冻土帷幕与隧道接触部位。由于该部位在冻结过程中散热快,冻结效果差,所以施工中应该值得注意,同时也为今后的联络通道数值模拟与人工冻结法施工提供了参考。     

软岩隧道丢失变形规律模型试验研究

通过隧道开挖模型试验,研究不同应力条件下软岩隧道拱顶和拱腰的变形及丢失位移变化规律。拱顶和拱腰丢失的变形量随测点与掌子面距离的增加出现先增大后逐渐趋于稳定的趋势,拱顶比拱腰的变形量丢失状况严重。增加衬砌后可有效减小拱顶竖向沉降和拱腰横向变形的最终值,力学性质表现得更为稳定。随着地应力的升高,拱顶和拱腰丢失位移逐渐增加,丢失位移与地应力呈正相关关系。     

岩-土交界面处超大直径过江盾构隧道地震响应特征

以武汉市三阳路超大直径过江“公铁合建”盾构隧道工程为依托,探讨了强震作用下岩-土交界面处隧道的损伤演化规律及地震响应包络特征。基于ABAQUS软件研发的动力有限元计算平台,建立了双隧道(含内部构件公路板与竖向隔板)-土体有限元模型,土体本构采用了修正的Davidenkov黏弹性动力本构模型,混凝土本构采用损伤塑性模型以模拟其开裂、损伤特征。计算结果表明:在岩-土交界面附近,盾构隧道衬砌的加速度、位移及应力响应均出现突变;由于隧道结构穿越了软硬土层,其破坏始于拱腰的退出工作,进而衬砌内部构件节点破坏,拱肩最后破坏;衬砌拱腰处的破坏区域均在岩-土交界面附近的软土层中;衬砌内部构件的存在使得超大直径衬砌拱侧的水平剪应力明显减小。     

马蹄形截面隧道施工模拟与洞壁位移影响因素

以江西省赣州市社官坝隧道工程为例,采用FLAC~(3D)软件进行隧道施工过程的数值模拟,并将模拟结果与现场监测数据进行对比分析,研究非绕轴对称岩石隧道工程环境因素对隧道洞壁位移产生的影响,为此类隧道的设计和施工提供参考依据。研究结果表明:隧道地表坡度、埋深及围岩等级对洞壁位移均有显著影响;当地表坡角较大、埋深较小以及围岩等级较高时,隧道拱顶、拱肩、拱脚洞壁位移量差异较为明显。因而隧道施工时应注意根据实际环境状况采取相应的支护加固措施,保证围岩的变形稳定。     

软土基坑开挖对临近既有隧道变形影响研究

基坑开挖后,地基由于应力卸载而回弹,导致临近基坑的隧道发生变形,其变形大小不仅受基坑开挖卸载程度的影响,还与隧道所处的位置有关。依托宁波市地铁1号线盾构隧道工程,基于土体小应变硬化模型和二维有限元数值方法,开展软土基坑开挖对临近既有盾构隧道管片变形影响的数值模拟,分别采用单因素分析法和多因素分析法,针对不同基坑宽度、基坑开挖深度、隧道拱顶埋深以及隧道与基坑距离等影响因素,分析了隧道管片竖向和水平位移随不同影响因素的变化规律。结果表明：(1)基坑开挖影响下,既有隧道管片竖向位移和水平位移均随基坑开挖深度的增大而逐渐增大,隧道管片竖向位移方向表现为沉降,水平位移方向表现为向基坑方向产生位移,管片呈“横鸭蛋”状变形。(2)单因素和多因素分析方法结果表明,基坑开挖深度、隧道与基坑距离、基坑宽度均为影响隧道沉降和水平位移的重要因素,而隧道拱顶埋深产生的影响相对较小。     

近距离人工挖孔桩施工对盾构隧道的影响分析

采用有限元分析软件MIDAS/GTS进行模拟分析,模拟了近距离人工挖孔桩施工对盾构隧道的影响,得出了近距离人工挖孔桩施工导致盾构隧道周边地层应力发生一定程度的释放,从而诱发盾构隧道结构受力发生变化和变形,但人工挖孔桩施工对盾构隧道的结构受力和变形影响较小,其中盾构隧道最大变形量为1.1mm。     

断层特征与掘进方法对隧道围岩稳定性影响分析

以都昌至九江高速公路温泉隧道为工程背景,采用有限元方法对隧道穿越不同断层倾角、隧道与断层相对位置、隧道不同开挖方法等情况下围岩的稳定性进行了模拟计算分析。结果表明和无断层情况相比较,断层的存在使得围岩的整体位移增加,拱顶沉降增加约18.3%,仰拱隆起增加约35.1%,围岩位移最大区域向垂直于断层方向偏移,不再具有对称性;断层位于隧道拱肩处时拱顶沉降量最大,断层位于隧道拱脚时,对围岩拱顶沉降量的影响最小,围岩最为稳定;采用上下台阶法进行开挖其拱顶位移量要比采用侧壁导坑法开挖所产生的位移量大77.04%,仰拱隆起量大60.3%;断层倾角为45°时,隧道开挖时围岩相对比较稳定。     

双线大直径输水隧道建设对既有桥梁及桩基的影响分析

为准确分析双线大直径输水隧道下穿对既有桥梁结构的影响,构建桥梁-地层-桩基-盾构隧道高精度数值仿真模型,对桥梁桩基结构及盾构过程进行精细化模拟,结合基于智能算法的土层参数反演模型,获取更接近真实情况的土层参数,以提高数值模拟精度。结果表明：输水隧道盾构开挖引起的地表最大沉降量为15.01 mm,基于反演的地表变形计算结果与实际监测值的误差减少约70%;盾构隧道双线开挖会引起地表二次沉降变形,两条盾构隧道中间区域的地表二次沉降量最大,约占总沉降量的60%,最大二次沉降量为5.06 mm;隧道两侧的桩基受到影响较大,最大位移为10.03 mm,位于桩基顶部,而隧道开挖对桩基内应力分布影响较小,可以认为无影响。     

基于PFC3D的新建下穿隧道对既有隧道的影响分析

采用离散元PFC3D软件建立模型,以乌鲁木齐地铁河南路段区间工程为例,模拟分析新建下穿隧道对既有隧道的影响.结果 表明,既有隧道上方竖向位移和竖向应力受新建隧道开挖影响较小,隧道左右两侧3.75 m处竖向位移和水平应力产生突变;新建隧道与既有隧道之间,在近既有隧道区域竖向位移和竖向应力产生较大变化,而新建隧道区域竖向位...     

引洮7~#隧洞TBM卡机脱困冻结施工热固耦合分析

基于考虑相变的热固耦合理论,以引洮7#隧洞TBM卡机脱困施工为背景,运用大型有限元分析软件ANSYS14.0对该TBM脱困过程的冻结施工进行模拟,研究了先竖直冻结、后水平冻结条件下温度场的形成过程,以及在温度应力和重力共同作用下实施脱困后关键点的位移变化。结合现场监测数据,分析了冻土帷幕形成过程中关键点处温度变化规律。结果表明:冻结锋面在水平冻结进行约35 d首次相交,再经过30 d积极冻结后,冻结帷幕达到2.7 m的设计厚度。在冷媒温度保持-21℃左右的条件下,进行65 d的维护冻结后即可进行脱困作业。开挖后55 d,洞身断面顶拱、底拱、侧拱均发生不同程度的变形,变形量在10-4m数量级,属极小变形,说明冻结施工有效地抑制了地层变形,但要使冻结强度达到设计标准,必须严格控制冻结时间和冷媒温度。本工程的工程实践为类似工程提供借鉴。     

地铁车站基坑和区间隧道近接施工对地面建筑物影响分析

沈阳地铁十号线滂江街站和滂江街站—长安路站区间(后面简称滂长区间)近接某老旧居民楼施工,车站基坑深约25 m,与该楼水平距离10.5 m,区间下穿该楼,竖向距离16 m。车站与区间施工对该建筑物进行多次扰动,形成叠加影响,该建筑物沉降变形风险较大。采用大型有限元软件ABAQUS对车站和区间的施工过程进行模拟分析,对该楼沉降进行预测,为风险工程保护措施提供参考依据。计算结果表明,左线盾构下穿施工引起该楼的沉降占总沉降的大部分,应重点加强左线盾构掘进过程的施工参数控制,确保建筑物沉降控制在允许范围之内。     

地铁联络通道冻结帷幕力学性能研究

为研究地铁联络通道施工安全性,结合地铁联络通道的实际受力特点,采用结构力学和ANSYS有限元软件对冻结帷幕进行计算,得到2种冻结帷幕的安全系数.结果表明,通道弯拉应力最大值为0.721 MPa,压应力最大值为0.779 MPa,剪应力最大值为0.617 MPa,最大位移为31.1 mm;泵站弯拉应力最大值为0.07 M...     

基于侧压力系数变异性的隧洞围岩变形响应特征研究

以新疆东天山公路隧道为例,利用三维有限差分数值模拟软件FLAC3D,通过快速应力边界法生成符合实际工况的初始地应力场,结合实际侧压力系数λ的分布,分析λ取0.8、1.0、1.2、1.4、1.6时隧道内部变形规律。结果表明,λ从0.8增至1.6,拱顶竖向变形值减小约16%,拱底竖向变形值减小约14%,拱脚水平变形值增大3倍;在λ较低区段,注意拱顶和拱底处变形,及时安装衬砌系统,建议采取钢支撑挂网喷锚支护,对不稳定块体及时进行锚固;在λ较高区段,注意拱脚处变形,施工时要提高支护强度;在水平方向上一定范围内,由于应力状态的不同,不同沉降值出现逆向增长。     

用局部冻结法修复损坏的地铁隧道

京沪高铁桩基施工中造成上海某地铁隧道管片破损,大量淤泥流入隧道内部,工程采用台阶式封堵墙对隧道内部土体进行封堵,并对破损隧道内部进行注浆充填。隧道上部土体采用地面充填加固注浆的方法加固扰动土层;修复段采用“地面垂直冻结加固土体, 结合隧道内水平冻结加固土体,隧道内开挖构筑”的施工方案;在破损隧道上部及四周3 m范围内进行局部冻结,形成强度高,封闭性好的冻土帷幕。冻土帷幕形成后采用暗挖矿山法进行修复段隧道的开挖构筑施工,对破损管片采用原位修复方案,施工取得圆满成功。通过介绍隧道修复设计方案,并对现场监测数据进行分析,为类似工程提供借鉴。     

黄土暗穴对近距隧道施工的影响研究

为研究黄土暗穴对隧道施工的影响,采用数值模拟方法分析了不同尺寸暗穴对隧道施工过程中的地层位移及围岩和支护受力情况。结果表明:暗穴位于左边墙对隧道围岩水平位移影响明显,暗穴尺寸越大,围岩水平位移值也越大,同一暗穴尺寸,中部断面位移值比端部断面大;暗穴导致隧道周边围岩水平应力变化明显,靠近暗穴一侧的左边墙水平应力尤为明显,右边墙次之,形成一定偏压效应,拱顶和仰拱转变为拉应力;暗穴存在使得隧道支护受力不均,暗穴处应着重加强左右拱脚处支护强度;无论大尺寸暗穴还是小尺寸暗穴断面,二衬整体受力相对较小,满足作为安全储备的要求。     

围岩类型及衬砌厚度对水工隧洞地震动力响应的影响分析

以分析水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制为目标,针对不同围岩类型和衬砌厚度条件下水工隧洞位移变化,根据地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,使用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加水平和竖向地震激励,应用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同围岩类型和衬砌厚度下的水工隧洞动力响应。结果表明,在相同衬砌厚度下,随着隧洞围岩强度的降低,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,即水平位移越来越大,竖直位移无明显规律可循;在相同的围岩强度下,水工隧洞并不会随着衬砌厚度的增加而趋于稳定,在Ⅲ类围岩的情况下,水工隧洞的位移随着衬砌厚度的增加而越来越大,Ⅴ类围岩下改变衬砌厚度对水工隧洞的位移几乎没有影响。因此,合理的设计围岩类型和衬砌厚度,可以既满足水工隧洞抗震性能要求,又能够降低工程造价。研究结果对合理设计隧洞衬砌厚度、增强抗震性能具有参考价值。     

隧道围岩变形及其衬砌内力特征研究

位于土层和岩层交界地层中的隧洞,其力学特性和水文地质条件均发生显著的变化,从而导致塌方或者围岩变形过大等。利用数值计算方法,建立二维有限元模型,对某工程隧洞土、岩接触地层中隧道开挖围岩变形和衬砌受力特性进行分析,并采用不同施工方法进行比较。结果表明,土、岩接触地层中隧道开挖围岩沉降位移场是非对称的,沉降位移最大位置在拱顶30°处,正是需要加强支护的位置;先墙后拱开挖在隧道三种施工方式中围岩最大沉降位移最小,正台阶开挖方法围岩沉降位移最大,留核心土开挖方法介于二者中间。合理的支护方式和开挖方式是土、岩层交界地层中隧洞周边岩体稳定的基本条件。     

西双版纳隧道爆破开挖动力学特征及损伤效应

为了研究高地应力作用下软岩隧道的围岩稳定性,以实际工程案例为背景,并采用有限元数值模拟软件ANSYS/LSDYNA和实际监测数据结果,分析了隧道爆破近区距掌子面不同距离处,隧道轮廓面的振动速度分布规律,并结合现场声波测试数据,研究了不同爆破次数作用下,围岩深部不同位置的爆破损伤效应。研究结果表明：(1)在隧道爆破近区,隧道内质点的垂直方向振动速度峰值大于隧道径向方向振动速度峰值大于隧道轴向方向振动速度峰值,并且在隧道质点垂直方向,隧道底板和隧道边墙的振动速度较大,而隧道顶部的振动速度次之,隧道拱肩和拱脚处最小;(2)隧道合振动速度峰值出现在隧道未开挖区,同时隧道未开挖区的质点振动速度衰减较慢;(3)随着爆破次数的增加,围岩不同深度处的声波速度呈逐渐衰减的变化趋势,但爆破振动对于围岩损伤范围有限。     

天津某基坑开挖引起隧道变形的有限元计算

天津某深基坑工程,由于其深度较深,周围环境复杂,并且紧邻地铁,因而在深基坑施工作业过程中有必要对周边隧道变形进行计算和监测。针对基坑的特点和土层的各项参数,运用有限元方法,计算隧道的竖直和水平位移,并根据计算结果制定了合理的监测方案。计算结果表明,由于基坑开挖,会造成周围隧道的竖直方向变形和水平方向变形,且越靠近基坑开挖位置位移越大,位移以最大值点为中心,朝隧道两端方向减小。隧道变形仍在安全范围之内。计算和设计成果为基坑施工过程中工程的安全性提供了可靠的保障,可为类似工程提供参考和依据。