重叠隧道施工数值分析

以佛山地铁莲塘-张槎盾构区间重叠隧道为工程依托,运用MIDAS/GTS有限元程序模拟盾构开挖的全过程,采用不加固和地面加固两种施工工况,分析不同工况下重叠隧道施工对地表沉降和盾构管片内力影响,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。地面加固后地表最大沉降量约为18.8mm,未加固地表最大沉降量约为102.3mm。洞内注浆加固后能够减小盾构管片内力。     

富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道地表沉降因素分析

本文以广州轨道交通十四号线一期工程为背景,进行富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道地表沉降因素分析。利用限元软件MidasNX建立盾构隧道开挖三维有限元模型,模型中综合考虑土体分层、土体的非线性、盾构的顶推力、盾构管片、盾构壁厚等因素,对盾构隧道开挖过程进行了数值模拟,研究盾构隧道施工对地表变形的影响,并对不同覆土厚度、注浆压力、注浆层厚度、掘进压力等主要施工因素进行了模拟分析,探讨了在富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道中,以上因素与地表沉降变形关联的规律和原因,旨在起到优化设计、指导施工的作用。     

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。     

全风化岩层中双线盾构上穿近邻地铁隧道影响分析

依托佛莞城际铁路盾构隧道在全风化花岗岩地层中上穿广州地铁七号线工程,针对全风化花岗岩地层致密、渗透系数小及双层四线叠交穿越复杂地层等特点,通过现场监测与三维动态有限元数值模拟手段,解决实际工程中注浆压力合理取值与既有隧道变形控制这两大难题。其中,通过模拟掘进隧道在不同注浆压力值的工况下,对既有隧道动态上浮变形值和地表沉降值的影响关系,进而确定最佳注浆压力值。同时,由于双层四线叠交穿越工况对既有隧道扰动的影响较大,为避免发生管片错台和开裂等危险,结合工程实际提出控制既有隧道变形的措施。研究结果表明：在全风化地层中注浆压力设为0.5MPa时,能合理控制地表沉降与既有隧道变形;穿越施工对既有地铁隧道竖向变形的影响存在“滞后效应”;盾构单线穿越后,既有隧道竖向变形呈现近似单波峰状的正态分布曲线;盾构二次穿越后,曲线形态由近似正态分布曲线向类“M”双波峰形转变,且波峰位置产生约2m的偏移;既有隧道横断面管片最终变形呈“竖鸭蛋”状,其横向椭圆度为1.4‰,竖向椭圆度为0.71‰。针对分析结果,工程中采取合理的压重措施,有效抑制既有隧道的上浮变形,研究成果在隧道穿越类似地层的施工中具有一定的参考价值。     

土质对盾构隧道下穿道路沉降影响的分析

为研究不同土质条件对盾构隧道下穿既有道路沉降的影响,文中基于长春市城市轨道交通2号线盾构隧道穿越的实际地层,运用Midas GTS NX软件,分析不同土质条件下盾构隧道的施工对道路沉降的影响。结果表明在盾构隧道掘进过程中,道路路面横向沉降曲线呈现凹槽形状,其中最大沉降值位于隧道中心线正上方;盾构隧道开挖过程中,距隧道中心线2.5D范围内的路面受影响较大;盾构隧道上覆土层土质条件改变对路面沉降的影响较弱,而穿越土层土质条件发生改变对地表沉降影响较大。相对于粉质黏土,隧道在强风化泥岩中进行盾构开挖对地面沉降影响较小。研究成果可为盾构隧道施工对既有路面沉降的监测防治等提供参考与指导。     

地铁盾构隧道施工对邻近已有隧道的影响分析

采用有限元软件ABAQUS建立了盾构隧道三维有限元分析模型,模拟了盾构施工的整个过程。利用添加移除技术以及设置场变量等方法实现了开挖面土体卸荷、管片拼装以及注浆等施工过程,研究了盾构开挖过程中地表沉降的规律,分析了不同土仓压力对地表沉降的影响,探讨了盾构施工微扰动控制要点。计算结果表明,盾构开挖面前方地表出现隆起,且随着开挖面的前移而前移,隧道轴线地表在开挖结束后呈隆起趋势。地表横向沉降量随土仓压力的增大而增大,表现为隆起趋势,隧道轴线与两侧土体沉降量差值随着土仓压力的增大而减小。     

节理岩体对盾构开挖稳定性和地层损失率的影响

为研究节理岩体对盾构隧道开挖稳定性和地层损失率的影响,以南昌某盾构隧道为研究对象,采用离散元软件UDEC建立数值模型,分析节理倾角对围岩变形和地表沉降的影响规律,通过拟合得到地层损失率,并将模拟值与实测值进行对比,研究节理间距、盾构隧道间距以及隧道埋深对地表沉降的影响规律。研究结果表明：盾构隧道围岩在节理面产生较大位移,节理倾角的存在导致隧道围岩产生偏压现象,节理倾角为60°、90°时容易失稳;当节理倾角为60°时,地表沉降取得最大值,当节理倾角为45°时,地表沉降取得最小值。通过拟合Peck曲线可知,该工程区段的地层损失率范围为0.658%～0.896%;地表沉降值与隧道埋深、隧道间距以及节理间距均成负相关。     

盾构隧道同步注浆壁后空洞缺陷对地表沉降和结构变形影响分析

盾构隧道施工过程中,由于地层特性差异以及同步注浆工艺的影响,容易导致管片壁后同步注浆空洞的产生,此类缺陷对盾构隧道周围地层沉降及管片受力影响显著。文章依托工程实际,采用数值模拟方法分析了不同位置的空洞缺陷对地表沉降及管片变形的影响。结果表明:壁后注浆空洞无缺陷时,最大地表沉降、竖向收敛值、水平收敛值分别为4.98 mm、4.44 mm、-5.32 mm,而在出现空洞缺陷的情况中,拱顶的最大地表沉降、竖向收敛值、水平收敛值均为最小,分别为10.78 mm、13.52 mm、-16.23 mm,因此说明当出现空洞缺陷时,地表沉降和管片变形会受到很大不利影响。当空洞缺陷出现在隧道拱腰时,是所有空洞缺陷中引发地表沉降变形和盾构结构变形最大的情况,最大地表沉降、竖向收敛值、水平收敛值分别为18.81 mm、20.07 mm、-22.21 mm,比拱顶位置引起的变形分别大13.83 mm、15.63 mm、-16.89 mm。所以空洞缺陷位置出现在拱腰时对于结构力学特性和地表沉降最为不利。故在盾构隧道注浆施工过程中,应尽量保证隧道拱腰位置的壁后注浆填充率,使地表沉降及管片变形达到相应工程要求。     

软土灰岩复合地层盾构隧道施工地表沉降规律研究

以广州地铁8号线北延伸段石井站—亭岗站区间隧道施工为背景,基于现场实测数据,对上部软土下部灰岩复合地层地表横向沉降和隧道轴线上方地表纵向沉降随盾构开挖的变化规律进行了探究。对比了横向与纵向沉降预测公式与实际监测值,分析了沉降量值与沉降范围的控制因素。结果表明:除了施工因素影响外,该类复合地层中盾构隧道施工引起的地表横向沉降与修正Peck公式基本吻合,最大沉降量值受地层体积损失率影响,主要沉降影响范围的控制因素有隧道埋深、双线隧道间距、隧道穿越层的性质;纵向沉降发展规律与Sagaseta公式基本吻合,沉降快速发展区范围控制因素有隧道埋深、纵向地层不均匀性。     

盾构隧道施工对浅基础建筑物影响研究

结合深圳地铁7号线穿越4栋2层浅基础(2层烧结砖基础)建筑物,采用数值模拟的方法并与现场监测数据相结合,研究盾构施工对浅基础建筑物的影响规律。通过分析盾构掘进对地表横纵向、建筑物关键观测点沉降及建筑物基础应力的影响程度,并与现场监测结果进行对比,研究结果表明靠近隧道一侧建筑物地表沉降比远侧沉降偏大;地层软硬程度对地表建筑物沉降影响较大,尤其是软硬地层交界面位于同一建筑物下方时,会造成建筑物点沉降差异较大;数值模拟结果比监测数据偏大,在施工中可借鉴数值模拟结果对建筑物变形量进行预测是否在可控范围内。     

可液化地层中盾构施工诱发振动影响的数值模拟研究

以太原市地铁2号线人民南路站～化章街站区间可液化地层盾构施工过程中遇到地表沉降超限问题为例，采用FLAC^3D有限差分软件，进行盾构隧道施工过程模拟，在开挖面水平方向模拟盾构施工振动的正弦速度边界，进行动力响应分析，分析孔压比、超静孔隙水压力、加速度时程曲线。分析结果表明：盾构机掘进太原市复合地层在隧道上覆黏质粉土及粉细砂层中形成一定液化区域，上覆土层中开挖面前方液化区域面积明显大于开挖面后方液化面积；盾构隧道轴线对应地表沉降最大值达60mm,与现场实测值相同，最大沉降发生在开挖面前方1m处；超静孔隙水压力在液化土层中形成一旋涡区，漩涡中心靠近液化层底部，位于开挖面前方，超静孔隙水压力在漩涡区中心最大，向四周扩散逐渐减小。本文的研究成果对盾构在可液化地层中的施工有一定参考价值。     

基岩凸起复合地层盾构施工地表沉降研究

以广州地铁8号线同德围站-上步站盾构隧道工程为研究背景,采用有限元模拟和现场监测相结合的方法,并提出基岩侵入比的概念,研究在不同基岩侵入比条件下盾构隧道施工引起的地表沉降规律,研究结果表明随着基岩侵入比的增大,地表沉降值减小,不同基岩侵入比地层地表沉降差异明显,0～0.2和0.5～1的基岩侵入比是敏感区间,在这两个基岩侵入比区间的沉降值变化较大。     

盾构并行穿越施工及补偿注浆对既有隧道的影响分析

线叠交盾构隧道在地下空间内布置形式繁多,土体-隧道间相互作用机制复杂。针对多线叠交盾构上穿这种典型穿越施工形式,以宁波轨道交通5号线左右线并行上穿既有宁波轨道交通2号线工程为背景,形成两层隧道四线叠交的特殊工况,通过构建三维弹塑性有限差分动态模型,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,研究盾构上穿施工对地表沉降和既有隧道竖向变形的影响,以及二次补偿注浆压力和注浆范围对地表沉降和既有隧道变形的修复作用。研究结果表明：上穿施工穿越段区间,由于开挖导致的地层扰动,地表沉降较大;既有隧道结构沉降呈现上浮趋势,双线的沉降规律存在时间差异,并且由于隧道刚度对土体的约束作用,使最终变形趋向于对称分布;既有隧道的水平收敛值较小,主要在新建隧道的施工阶段发生变化;二次补偿注浆压力控制在0.3～0.4 MPa的范围之内,此时的地表沉降和隧道结构沉降控制比较理想;随着补偿注浆范围的扩大,对于地表沉降以及隧道结构沉降的控制效果在不断减小;在穿越段的基础上向两侧延伸2D～5D(D为盾构开挖直径)的距离进行二次补偿注浆,对地表和既有隧道结构沉降的控制效果最佳。     

青岛复合地层双洞隧道开挖变形规律

双线隧道开挖不同于单线隧道,为研究复合地层地铁双洞隧道开挖施工引起的地表沉降规律,文中基于青岛地铁四号线静沙区间的相关数据,通过数值模拟对双洞隧道上覆土层的不同组合施工沉降变形规律进行研究。分析结果表明,隧道上覆土层中砂土与黏土层厚度的变化,对双线隧道开挖地表沉降最大值、地表沉降和围岩的应力状态的影响较小,变化幅度也影响较小,即不同的上覆土层条件下,对双线隧道开挖地表沉降规律的影响相对较小。     

某盾构隧道工程开挖数值模拟分析

隧道工程是我国公共交通线的重要组成部分,盾构法由于施工速度快、对周边扰动小、安全性较高等原因被广泛应用于隧道工程。通过有限元建模,模拟了盾构隧道开挖全过程的变形情况并通过现场的实测数据对数值模拟的结果进行进一步的验证。研究发现在盾构机掘进完成后,隧道中部管片和地表土体发生沉降,而隧道两端的管片发生上抬,且地表亦产生隆起现象。而将实测数据与数值模拟结果进行对比后发现,在开挖中部,管片变形与地表沉降实测值与数值模拟的结果较为接近,但在开挖隧道两端,管片变形与地表沉降实测值与数值模拟的结果存在一些偏差。     

砂卵石地层盾构施工对地层扰动与地表沉降的影响分析

以成都高漂石含量砂卵石地层为研究对象,采用PFC2D模拟了双线隧道盾构掘进时对砂卵石地层的扰动规律,并通过Midas有限元模拟分析了双线隧道盾构掘进时的地表沉降规律.结果 表明砂卵石地层在掘进过程中将形成一个倒三角的松动区,并引起掌子面前方土体向此区域移动,最终形成楔形移动面;同一里程处隧道引起的地表沉降随着盾构推进呈增大趋势,根据监测数据显示,地表沉降规律与模拟结果基本一致;双线盾构施工时,左右两侧的地表沉降相互影响,最大沉降位置将随着开挖方向发生偏移,并呈中心轴线沉降量最大,两侧地表沉降亦呈现出基本对称分布的规律.     

软弱富水地层大直径泥水盾构管片上浮与错台分析

隧道下穿江河是盾构地铁隧道建设中的技术难点之一,因设计或施工不当引起的变形甚至坍塌,将会导致巨大的经济损失和不良的社会影响。文中以杭州地铁8号线文桥区间风井至桥头堡站区间工程为背景,结合隧道一次性下穿越钱塘江的工程特点,采用有限元软件PLAXIS 3D对该标段的开挖进行数值模拟,研究泥水盾构下穿钱塘江施工其隧道管片的变形机理。通过对开挖过程中不同水头高度变化下的管片上浮情况进行对比分析,得出水头变化-隧道管片上浮的关系。利用建立的有限元模型对泥水盾构穿越不同土层进行计算分析,对比各种工况下管片的上浮情况,得出泥水盾构穿越不同土层时管片的上浮规律。利用建立的有限元模型对泥水盾构中盾尾注浆参数调整进行计算分析,得出注浆参数对于管片上浮情况的影响规律,并进一步探究注浆参数调整对于盾构穿越不同土层时管片上浮的影响情况。     

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。     

盾构穿越不同地层的地表沉降规律及预测研究

城市盾构隧道穿越不同地层时的地表沉降规律的预测和研究对隧道影响范围以及周边环境影响区域的确定有着显著作用。文章以南京某地铁线路为背景，收集并整理分析了该地铁线路盾构施工全过程的地表沉降实测数据，结合地层分布规律选取了3种盾构穿越的主要地层（分别为软塑状态粉质黏土地层、硬塑状态粉质黏土地层以及砂土地层）作为分析对象进行统计，分析了盾构隧道穿越不同地层下纵向和横向沉降规律，并提出了适用于南京地区的修正Peck公式。研究结果表明：（1）纵向地表变形变化规律基本呈线性，盾构通过后距离隧道断面直径4D～6D范围内，地表沉降急剧发展，后趋于稳定；（2）横向沉降曲线基本符合正态曲线，并在此基础上提出了南京地区的修正Peck公式；（3）通过已有实测数据对文章提出的修正Peck公式进行了验证，检验了文章提出公式的适用性。相关研究成果对南京地区的盾构隧道设计及施工有一定实际意义。     

地铁双线隧道开挖地表沉降规律及计算方法研究

应用数值模拟方法,结合现场实测数据,对上软下硬地层中,双线隧道施工诱发地表沉降规律及其计算方法进行了研究。研究结果显示:双线隧道施工完成后,地表横向沉降曲线呈非对称分布,先行隧道上方的地表沉降量大于后行隧道上方的地表沉降量;双线隧道错距施工过程中,地表沉降曲线最大值位置由先行隧道上方逐步向后行隧道上方移动,沉降变形主要发生在后行隧道穿越监测断面之前。数值模拟正交试验结果显示,隧道埋深和隧道间距对施工过程中地表沉降影响较大,设计过程中,应充分考虑隧道埋深及隧道间距对地表沉降产生的影响。正交试验结果的非线性拟合分析结果显示,双线隧道施工诱发地表沉降计算公式中的i值与隧道开挖顺序无关,最大沉降量比γ直随隧道间距增加而轻微减小,当开挖错距在隧道开挖纵向影响范围内时,γ值变化不大。引入参数γ对双线隧道开挖地表沉降计算公式进行改进,并将改进后的地表沉降计算结果与实测结果进行对比,验证了该计算公式的正确性。