地表堆载对既有盾构隧道纵向变形影响

临时基坑开挖弃土和建筑垃圾引起的地表堆载将对盾构隧道产生不利影响,威胁盾构隧道运营安全,因此有必要评估地表堆载作用下盾构隧道的变形。利用非线性Pasternak地基模型,考虑地基非线性变形特点,通过接头非连续盾构隧道计算模型反映盾构隧道环间接头的影响,利用两阶段法,推导得到地表堆载作用下盾构隧道纵向变形简化计算方法。首先,通过Boussineq解求得地表堆载下盾构隧道所受附加荷载; 其次,将附加荷载作用于盾构隧道,结合接头非连续盾构隧道模型推导得到盾构隧道在地表堆载作用下的纵向变形方程,并使用有限差分法对方程进行求解,最后结合2个工程案例验证了所提方法的合理性。结果表明:增加盾构隧道环间接头的转动刚度对减小隧道沉降的作用较小,但可以有效减小接头张开量; 增加堆载长度会同时增大盾构隧道沉降量和沉降范围,而增加堆载宽度只会导致隧道沉降量缓慢增加,但不会引起隧道沉降范围增大; 增大堆载边界线到隧道轴线的距离会有效减少堆载引起的沉降量。     

地表堆载作用下盾构隧道纵向受力机制试验研究

通过开展室内模型试验,探究地表堆载诱发下盾构隧道纵向受力变形特性。应用3D打印技术制作的盾构隧道模型,可以较好地反映真实盾构隧道管片结构特点,克服精细化盾构隧道模型制作困难的问题。首先通过开展盾构隧道模型集中荷载试验,探究盾构隧道纵向等效抗弯刚度变化规律;其次开展地表堆载试验,研究地表堆载诱发下盾构隧道受力与变形特征。试验结果表明：盾构隧道纵向等效抗弯刚度有效率并非一个常量,而是随着集中荷载增大而减小,本试验得到其值在0.176～0.044范围;在地表堆载诱发下,盾构隧道拱顶沉降呈正态分布曲线形态,主要沉降范围在加载宽度范围内;地表堆载作用下拱顶土压力分布变化特点与拱顶沉降相似;随着地表荷载增加,通过隧道中间环四周土压力监测发现,拱顶土压力增量最大,拱底次之,拱腰最小;受地表荷载作用,盾构隧道衬砌结构发生“横鸭蛋”状收敛变形,其中拱顶位移最大,拱腰次之,拱底最小。试验结果揭示了盾构隧道结构变形特性和地表堆载条件下盾构隧道与地层相互作用机制,对突发堆载下既有隧道的保护提供了参考依据。     

地面堆载作用下黏弹性地层盾构施工诱发土体响应时域解

目前针对软土地层盾构施工诱发周围土体变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,较少考虑黏弹性土体的流变特性,也较少考虑地表堆载给盾构隧道施工所带来的影响。从地基黏弹性角度出发,引入隧道洞周的椭圆化收敛变形模式,采用复变函数理论并运用Laplace变换技术,提出了地表堆载作用下盾构隧道开挖引起的周围土体位移和应力的时域解。依托相关工程监测数据与简化时域解对比,得到了较好的一致性。研究结果表明:所得出的时域解能较好地反映地表堆载作用下盾构隧道开挖对周围土体位移场的影响,以及地层变形随时间的发展趋势。在地表堆载影响下,随着时间推移,开挖引起的地层变形不断增加,沉降速率则呈现出逐渐衰弱直至为零规律,而堆载突变导致其地表沉降值尤其沉降速率变化显著。研究成果对黏性地层密集堆载群范围内的隧道施工控制具有一定理论指导意义。     

堆载引起临近地铁隧道的转动与错台变形计算

采用Boussinesq解求出地面堆载工况下隧道轴线处的附加应力,提出一个以剪切错台为主、刚体转动为辅的隧道变形模式,结合最小势能原理推导出隧道纵向变形量、环间错台量、环间转角和环间剪切力的计算公式。通过工程实例分析,将新方法与实测数据和弹性地基梁法进行比较,验证了新方法的有效性。并研究刚体转动效应、剪切错台效应、堆载数值、隧道埋深和隧道偏移距离对隧道纵向变形量的影响。研究结果表明:在地面堆载工况下,隧道变形以剪切错台模式为主。随着刚体转动效应比例系数j增大,隧道沉降量在一定范围内减小;随着堆载数值增大,隧道纵向沉降量增大,沉降范围没有明显变化;隧道沉降量随着隧道埋深的减小而增大;随着隧道偏移距离增大,隧道沉降量减小,隧道水平位移则先增大后减小。     

地面堆载对下方盾构隧道的影响分析

基于基坑开挖将土方堆在盾构隧道上方地面的工程背景,采用有限元软件进行建模分析,研究了隧道正上方堆载和侧上方堆载的两种情况。研究表明,在地表荷载作用下隧道会沉降并产生竖向压缩水平向拉伸的相对变形,在侧上方荷载作用下隧道还会产生向荷载作用方向的旋转。当地表堆载不可避免时,应特别注意避免在易对既有隧道造成较大影响的位置堆载或行走重载车辆。     

基坑开挖诱发下卧盾构隧道纵向非线性变形研究EI北大核心CSCD

目前预测基坑开挖诱发下卧盾构隧道纵向变形的简化计算方法大多采用弹性地基模型考虑隧道–地基的相互作用,无法进一步反映土体非线性变形特征。通过引入非线性Pasternak地基模型考虑隧道–地基的非线性相互作用,推导得到基坑卸载下盾构隧道纵向变形控制微分方程。通过有限差分法将隧道纵向变形控制微分方程转化为矩阵–向量形式,利用牛顿迭代法求解得到基坑卸载下盾构隧道纵向变形的数值解答。通过与三维有限元算例和2个工程案例进行对比分析,验证所提方法的合理性和适用性。研究表明:当基坑开挖引起盾构隧道纵向隆起量较小时,基于Winkler和Pasternak弹性地基模型的简化计算方法与所提方法均能较好地预测隧道纵向隆起位移量;而当基坑开挖引起盾构隧道纵向隆起位移较大时,基于Winkler和Pasternak弹性地基模型的简化计算方法明显低估盾构隧道的隆起量,而采用非线性Pasternak地基模型预测计算方法则提供更加可靠的预测结果。     

堆载作用下土体分层特性对地铁隧道纵向变形的影响研究

随着城市化进程的不断推进,地铁隧道附近可能会出现不同形式的地表堆载,将对地铁隧道的健康状态产生不利影响。现有的方法多是基于Boussinesq解求解地表堆载引起的附加应力,无法考虑土体的分层特性。首先采用Fourier积分变换得到了直角坐标系中竖向荷载作用下层状地基附加应力的基本解;然后将下卧隧道视为Timoshenko梁,基于Winkler地基模型和两阶段法求得隧道纵向位移和内力。为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,对上软下硬、上硬下软两种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。结果表明：地基土成层特性对隧道形状影响比较大,相比而言,隧道下卧土层控制沉降的效果要优于隧道上覆土层。     

堆载作用下土体分层特性对地铁隧道纵向变形的影响研究

随着城市化进程的不断推进,地铁隧道附近可能会出现不同形式的地表堆载,将对地铁隧道的健康状态产生不利影响。现有的方法多是基于Boussinesq解求解地表堆载引起的附加应力,无法考虑土体的分层特性。首先采用Fourier积分变换得到了直角坐标系中竖向荷载作用下层状地基附加应力的基本解;然后将下卧隧道视为Timoshenko梁,基于Winkler地基模型和两阶段法求得隧道纵向位移和内力。为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,对上软下硬、上硬下软两种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。结果表明:地基土成层特性对隧道形状影响比较大,相比而言,隧道下卧土层控制沉降的效果要优于隧道上覆土层。     

小转弯半径曲线盾构隧道开挖引发地表沉降计算

小转弯半径曲线盾构隧道施工引发的地表沉降变形规律极为复杂,但相应的变形预测解析公式仍未明确。依据前人研究成果,构建曲线段盾构隧道施工的地层损失模型,基于镜像法及Mindlin解,推导曲线盾构隧道开挖引发地表沉降的计算公式,并将其应用于工程实例计算,最后分析曲线盾构隧道施工引发地表变形规律及其影响因素。研究表明:构建的小转弯半径曲线段地层损失模型合理,推导所得公式适用于实际工程计算;地表纵向沉降在靠近刀盘3倍洞径范围内变化极大,刀盘前方3倍洞径范围内地表会产生轻微隆起,刀盘后方3~4倍洞径处出现最大沉降;地表横向沉降槽为非对称分布,最大沉降位置位于弯道内侧,距刀盘中心线约1倍洞径;地层损失引起的地表横向沉降大小主要受转弯半径及盾壳长度影响,地表横向沉降槽偏移程度主要由刀盘直径大小决定。     

小转弯半径曲线盾构隧道开挖引发地表沉降计算

小转弯半径曲线盾构隧道施工引发的地表沉降变形规律极为复杂,但相应的变形预测解析公式仍未明确.依据前人研究成果,构建曲线段盾构隧道施工的地层损失模型,基于镜像法及Mindlin解,推导曲线盾构隧道开挖引发地表沉降的计算公式,并将其应用于工程实例计算,最后分析曲线盾构隧道施工引发地表变形规律及其影响因素.研究表明:构建的小...     

地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道影响的试验研究

为了探明地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道的影响,通过隧道与地层相互作用的模型试验,对地表超载作用下隧道变形、土压力及土体沉降进行了量测。试验结果分析表明,相同的地表超载作用下,软土地层中的隧道横椭圆变形要大于硬土地层中的隧道横椭圆变形。当隧道穿越土层的土体压缩模量较小时,地表超载作用下隧道上覆土层表现为被动土拱土压力;当隧道穿越土层的土体压缩模量较大时则为主动土拱土压力。隧道竖向收敛变形与其穿越土层竖向压缩量之间的关系分析表明,隧道横断面变形刚度与穿越土层的土体压缩模量共同决定隧道上覆土层的沉降状态,从而决定了地表超载对既有盾构隧道的影响。研究成果定性地揭示了软土地区既有盾构隧道在地表超载作用下极易发生变形超限的机理。     

超载作用下软土盾构隧道横向变形机理及控制指标研究

隧道横向变形直接关系到结构安全,首先采用数值模拟方法研究了地面压载、土体侧向压力系数和土体抗力系数对隧道横向变形发展的影响,研究了隧道横向变形随压载的变化发展规律,建立了隧道直径变化和混凝土受力、螺栓受力以及接头张开量之间的关系,提出了以隧道直径变化作为隧道横向结构性态发展的判定指标;根据隧道横向变形发展规律,利用隧道结构变形发展过程中的结构几何特征,建立了隧道变形量发展的几何简易分析方法,利用该方法直接测量隧道直径变化就可以判定隧道变形状态,为隧道结构安全评价提供了十分简单有效的手段。     

地表超载作用下盾构隧道劣化机理与特性

对某软土地区地铁盾构隧道进行了调研与分析,发现盾构隧道在现有计算理论所允许的地表超载作用下极易发生横向变形超限,并引发管片纵缝接头破损与渗漏水,对此展开了模型试验、数值仿真及理论分析。研究表明:地表均布超载导致的隧道附加竖向土压力并不是均匀分布,且在隧道中心正上方一定范围内要大于地表均布超载;隧道的穿越土层越软弱,地表超载导致的隧道周围附加土压力对隧道结构抵抗横向变形越不利;隧道发生横椭圆变形过程中,管片纵缝接头是管片环中的最薄弱部位。最后提出了软土地区盾构隧道采用"刚性衬砌"的设计理念,并给出了加大管片纵缝接头强度与刚度的建议。     

突发堆载引起软土地铁盾构隧道大变形整治研究

城市地铁的快速发展难以避免频受外部工程活动扰动影响,其中突发堆载已成为突出问题。上海某地铁区间盾构隧道上方突发大量堆土,最大堆高约7 m,从而引发结构产生横向收敛大变形（ΔD）最大达到34.5‰倍的隧道外径(D),堆载严重威胁到地铁结构及运营安全。介绍了该工程案例,包括堆载引起的隧道结构横纵断面变形及相应的结构病害,提出并实施了及时卸载、堵漏及碎裂修补、后采用芳纶布及钢环结构补强的结构整治措施。卸载对于减缓堆载对隧道结构沉降影响作用明显,卸载之后隧道沉降恢复且部分产生隆起现象,后续张贴芳纶布及钢板环加固措施,可提高盾构隧道横断面承载能力,相比隧道沉降,隧道结构收敛变形状况改善并不明显,水平直径收敛最大仅回缩2.6‰D。案例对于外部扰动对盾构隧道影响及整治研究,具有重要的工程实践价值。     

新建海堤下盾构隧道施工技术措施及监控

网格式盾构法施工隧道工程由于其快速、经济常用于电厂建设中的进排水隧道工程中。但网格式盾构施工对土体扰动较大,对海堤的变形和稳定均造成较大的影响;同时软土地区的海堤在自身荷载作用下沉降尚未完成,尤其是下卧层沉降未稳定,导致盾构隧道产生一定的纵向不均匀变形;盾构隧道施工和海堤相互影响成为亟待解决的关键问题。以大唐宁德电厂穿越新建海堤的进排水盾构隧道工程为例,在有限元数值计算分析基础上,提出了切实可行的加固措施,指导设计和施工;同时,对隧道施工过程中原位测试数据作了详细的分析;最后,给出了盾构在穿越海堤阶段的推荐施工速度、施工中建议采用的注浆和预起拱等加固措施以及隧道的变形、孔压等方面的一些规律性结论,为实际工程中类似的穿堤盾构隧道设计与施工控制提供依据。     

考虑转动错台偏载作用的盾构隧道纵向变形解析法

基于盾构隧道转动错台模型,提出了一个能够评价偏载作用下隧道纵向变形的位移假设函数,同时结合最小势能原理推导出位移解析解,进而可以计算环间错台和转动变形.依据工程算例,将文中方法和数值模拟的结果进行对比,以此验证了该方法的合理性.研究结果表明偏载工况下,沉降和错台曲线具有明显的非对称性;当隧道轴线由与堆载长边方向平行逐渐...     

Soil deformation induced by Double-O-Tube shield tunneling with rolling based on stochastic medium theory

The prediction of soil deformation during tunneling is very difficult for Double-O-Tube (DOT) shield tunnel construction, especially for the shield rolling. According to the characteristics of DOT shield tunneling and rolling, a calculation model of soil deformation due to tunneling-induced ground loss was established. Based on the stochastic medium theory, the theoretical solutions of soil deformations considering the rolling of DOT shield machine were derived by polar coordinate transformation and multi-subdomain integral method. The predicted surface settlement from the proposed solution is better agreement with the observed data than those obtained by the two previous methods (namely the equivalent excavated-area method (EAM) and the simple superstition method (SM)). In addition, only ground surface settlement can be estimated under no rolling of DOT shield machine using the two previous methods, while this proposed solution owns great progress in solving the subsoil deformation and the influences of rolling. In order to further study the influence of DOT shield rolling angle on soil deformation under different engineering conditions, the parameter sensitivity analyses regarding the tunnel depth h, the ground loss parameter ɛ and the influence zone angle β₀ were extensionally discussed.