隧道开挖对有接头地埋管线影响的工程评价方法

隧道开挖产生的土体位移对地埋管线的影响不可避免,不仅会引起管线接头的相对旋转,甚至会造成损坏和泄漏。目前对有接头管线响应的研究方法较为复杂,大多基于数值分析方法,接头力学性质的影响考虑不够全面,已有的设计图表工程应用欠缺。结合连续管线的理论分析,考虑地层位移沉降曲线、管段刚度及接头刚度等影响因素,建立了有接头管线的工程评价方法,以分析隧道开挖对有接头地埋管线的影响。运用该方法对实际工程案例进行分析,并将计算结果与数值分析结果对比,验证本文方法的可靠性。本工程评价方法可以为实际管线工程安全预评估起到一定的作用。     

隧道开挖条件下地埋管线的有限元分析

以有限元方法分析隧道开挖对地埋管线的影响,并分别以梁单元、壳单元、实体单元对管线进行模拟,从受力变形方面研究管线单元类型对分析结果的影响。研究结果认为:对于管土刚度比较大的材料,如混凝土、铸铁及钢质管线,采用梁单元计算管线响应是能够满足精度要求的,对于管土刚度比较小的材料,如PVC及ABS材质管线,当管线壁厚较大时,采用梁单元计算所得内力也可满足精度要求,而当管线壁厚较小时,采用梁单元计算结果误差较大。     

基坑开挖对邻近地埋管线的影响分析

基坑开挖会引起邻近区域地埋管线的附加受力和变形。在对现有基坑工程变形规律总结和前人研究工作基础上,首先给出了上海软黏土地区板式围护体系基坑围护墙的侧向变形和土体沉降变形预测方法,其次介绍了分析基坑开挖对邻近地埋管线纵向影响的三维DCFEM法和位移控制两阶段理论分析法,最后通过算例对比,采用上述两种方法对一基坑开挖附近的地埋管线工程进行了分析,验证了本文方法的合理性及适用性,为基坑开挖环境影响评价标准的建设提供了理论依据。     

隧道盾构开挖对邻近管线的影响

运用ANSYS15.0有限元软件,模拟了盾构隧道开挖的全过程,分析了盾构隧道平行下穿地下管线时对管线的影响规律,探讨了土体、隧道、管线三者之间的相互作用,并通过与工程实测数据对比,验证了数值计算的可靠性。     

隧道施工对邻近桩体轴向变形和受力的影响

隧道施工引起的桩周土位移会引起邻近桩体的附加变形和内力。采用Loganathan公式计算桩周土体的竖向位移，基于Winkler地基模型，建立桩体轴向受力和变形的计算公式，通过相关算例分析桩体的轴向变形和受力规律，并与有限元结果进行比较验证。     

深基坑开挖对邻近地埋管线影响分析

 为建立深基坑开挖对邻近地埋管线影响的评估方法,采用FLAC3D分析基坑开挖对邻近不同管径管线的影响。计算结果表明,管径大小对管、土相互作用影响很大;当管径约小于400 mm时,管线基本与土体具有相同的位移;管径大于400 mm时,应考虑管–土相互作用;此外,管线最大曲率、转角、最大应力和弯矩均发生在基坑端角部20%开挖长度的范围内。在数值分析的基础上,给出小管径管线变形受力计算的简化分析方法。     

被动状态下地埋管线的地基模量

 地下工程基坑、隧道开挖产生的自由土体位移场会引起周边地埋管线(如市政给排水管线、煤气管道等)产生附加变形并受力。基于Winkler地基模型的位移控制分析方法,将自由土体位移作为外部荷载即被动位移施加于管线上,管线与土体的相互作用采用Winkler地基弹簧模拟,弹簧常数一般根据Vesic公式得到。在基于弹性理论的推导中,Vesic公式的前提条件是弹性地基梁置于弹性半空间地表,竖向集中力或弯矩(主动荷载)置于梁的中心位置,这与地埋管线的一定埋深以及位移的施加情况是不一样的。为考虑上述2种因素对Winkler地基模量的影响,进行相应的理论探讨,提出考虑埋深影响的位移作用下地基模量的理论公式,并基于该地基模量进行隧道开挖对邻近地埋管线影响的位移控制理论分析。通过与弹性理论法、离心机试验以及实际工程观测结果的对比,验证该方法的合理性和正确性。     

沟槽开挖对相邻平行埋地管线的影响分析

基于Winker地基模型,采用Abaqus有限元软件建立二维管土相互作用模型,以最大土体侧移为输入条件,管线本身的弯曲应变和接头转角为衡量指标,分析了管径,土体密度,管线接头相对刚度等因素对开挖扰动下管线变形的影响,建立了管线变形和最大土体侧移之间的直接联系,并将这种联系结合管线安全标准绘制成图直观地评价管线的安全性。分析结果表明:管段弯曲应变和接头转角具有反相关性;小管径管线的安全性主要受弯曲应变控制,大管径管线主要受接头转角控制;同时增加接头刚度可以减少管线接头处的破坏。     

基于Pasternak地基的盾构隧道开挖非连续地下管线的挠曲

盾构隧道开挖引起地下管线挠曲的准确预估对于其损伤评估与防护控制至关重要。引入Pasternak地基模型,采用有限差分方法推导了盾构隧道开挖地层损失下带接头管线的挠曲解答。经与离心机模型试验结果及连续弹性解对比,验证了该理论解答的适用性及其在运算效率方面的优势,并给出了地基剪切刚度的取值建议。参数分析发现,接头刚度会对管线挠曲产生显著影响,随接头刚度的增大,管线最大挠度降低,挠曲线形态趋近于连续管线;此外,接头数量及其分布也会对管线挠曲产生影响,其影响程度随接头数量的增大而削弱。     

浅埋隧道开挖对地表建筑物的影响

应用随机介质理论，分析了桐油山连拱隧道浅埋段开挖引起的沿隧道纵横向的地表移动与变形，推导了复杂隧道开挖横断面的简化计算公式。根据中导洞开挖后的地表量测数据反分析获得地表基本移动参数，采用比例法获取隧道正洞计算所需的地表移动参数，然后对隧道正洞开挖后的地表移动和变形分布进行了预测，并据此判断隧道开挖对地表住宅楼的影响。计算结果对指导隧道的施工有一定意义。     

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。     

矿山法浅埋暗挖施工对地下管线保护技术

结合工程实例，着重阐述了结构在穿越或邻近地下管线时确保管线不渗不裂、保证管线正常使用，地层变形控制在允许范围内的技术要点，以保证地下管线的安全。     

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。     

层状地基中隧道开挖对临近既有隧道的影响分析

首次采用弹性层状半空间地基模型,建立了多层地基中隧道开挖对临近既有隧道影响的连续弹性分析方法,改变了过去采用简化分析方法仅能在均质地基中求解此类工程问题的状况。首先,采用Laplace积分变换得到了直角坐标系下单层地基应力和位移的初始函数,在此基础上,运用矩阵递推技术,给出了竖向荷载作用下层状地基中应力和位移的解析表达式并将其作为分析该问题的基本解。然后,采用弹性层状半空间地基模型将既有隧道视为Euler-Bernoulli梁,地基土体连续位移采用弹性层状半空间体系的基本解进行计算,并引入临近隧道开挖引起的土体自由位移场影响建立该问题的连续弹性求解方程,从而可以求得隧道纵向位移和内力。最后,结合离心模型试验和有限元数值模拟算例进行分析,验证了本文方法的有效性。此外,为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,还对几种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。成果可为合理制定地下工程施工对临近既有隧道的保护措施提供一定的依据。     

Simulation of blast induced crater in jointed rock mass by discontinuous deformation analysis method

Rock blasting is a dynamic process accompanied with the propagations of shock waves and the dispersion of the explosion gas. This paper adopts the discontinuous deformation analysis (DDA) method to simulate the rock blasting process. A dynamic parameter adjustment and the non-reflecting boundary condition are implemented in the DDA method. The sub-block DDA method to simulate fracture problems is used. The blasting process in jointed rock mass is simulated by application of the explosion gas pressure on the expanding borehole walls and induced connected fracture surfaces around the boreholes. The blast craters with different overburdens are derived. The whole process including the explosion gas dispersion, borehole expansion, rock mass failure and cast, and the formation of the final blasting piles in rock blasting are well reproduced numerically. Parametric study for different overburdens is carried out, and the results are analyzed and discussed.