盾构隧道施工对近接管线影响参数研究

城市地铁隧道盾构施工过程中,由于地层损失引起周围土体变形,从而造成既有近接管线中产生附加应力。过大的附加应力会导致管线破坏,对城市运行造成较大影响。本文采用ABAQUS有限元计算平台,建立了不同工况下隧道与既有近接管线垂直情况下有限元计算模型,对管隧距离、管线材料以及管线直径进行研究,探索其对周围地下管线及其土体变形特性的影响规律。结果表明随着管隧距离的减小,管线及其周围土体的沉降量逐渐增大;随着管线弹性模量的增加,管线及其周围土体的沉降量逐渐减小;随着管线直径的增大,管线及其周围土体的沉降量亦逐渐减小。     

盾构近距离下穿矩形顶管隧道施工变形规律研究

呼和浩特地铁2号线盾构隧道下穿海亮广场人行过街通道是全国首个盾构下穿矩形顶管隧道的工程案例,没有相关工程经验可以借鉴,下穿引起的矩形顶管隧道纵向变形等理论问题尚不清楚,有待进一步研究。为此,本文以该工程为背景,通过现场监控量测和数值模拟,对盾构隧道近距离下穿施工引起的矩形顶管隧道纵向变形规律进行研究。主要得到以下成果:新建盾构隧道施工引起的既有矩形顶管隧道结构沉降,单一隧道穿越后,用Peck公式拟合得到的沉降槽曲线符合高斯分布,两条隧道穿越后,用双Peck公式拟合得到的沉降槽曲线接近"W"型;矩形顶管隧道结构最大沉降值为17.02 mm,最大沉降点的位置位于盾构隧道正上方;对矩形顶管隧道管节错台影响最大的部位是盾构下穿位置,距离盾构隧道越近,错台量越大;管节张开主要发生于沉降槽曲线的反弯点与最大沉降点,在"W"型沉降槽曲线中存在多处张开量较大的情况,因此,在新建盾构隧道施工过程中应准确确定既有结构沉降槽曲线的反弯点和极值点,并进行及时加固处理,确保既有矩形顶管隧道结构安全。     

类矩形盾构隧道开挖引起邻近地下管线变形研究

盾构隧道开挖环境影响的既有成果针对圆形盾构隧道施工效应做了较多研究,但针对类矩形盾构隧道施工效应的研究还较少。基于类矩形盾构隧道开挖面收敛位移变形模式,首先采用镜像法,提出类矩形盾构隧道施工诱发周围土体自由场位移的分析方法;其次,基于Winkler地基模型,将土体自由位移场施加于地下管线结构,提出类矩形盾构隧道施工诱发邻近管线变形的简化计算方法。通过工程实例分析,将土体自由场变形与实测数据进行对比验证;同时,采用有限元数值模拟方法,将管线竖向变形计算结果与本文简化方法进行对比分析。此外,针对隧道矩形长边宽度、隧道和管线埋深、管线直径、管线弹性模量、土体压缩模量、土体损失间隙参数等关键参数进行了影响分析。研究结果表明,采用类矩形盾构开挖面整体下沉收敛模式,镜像法解答得到的土体自由场位移与实测值吻合较好;提出的简化方法计算邻近既有管线变形的理论计算值与数值模拟值吻合较好。通过参数分析,可知隧道矩形长边宽度、管线埋深和管线弹性模量为敏感性参数。随着盾构矩形长边宽度的增大,管线变形曲线槽宽度显著增大;随着管线埋深的增加,管线变形显著增大;随着管线弹性模量的增大,管线变形显著减小。     

邻近管线的类矩形盾构隧道施工室内模型试验研究

关于盾构隧道施工引起管线变形和土层沉降的影响,相对于传统圆形盾构,类矩形盾构施工的研究较为少见,具有一定的新颖性。针对类矩形盾构隧道施工对邻近地下管线及土体沉降的影响,采用室内缩尺寸模型试验,考虑正常管线,非连续管线,非连续破损管线以及4种不同深度处的土体沉降的因素,分析砂土地层中,在管隧垂直工况下,类矩形盾构隧道开挖对地下管线变形及土体沉降的影响。试验结果表明:几种形式的地下管线沉降变形规律一致,均关于隧道轴线对称,呈"V"型分布;非连续管线最大沉降小于连续管线,管线两端在隧道宽度范围外的沉降大于连续管线;非连续管线弯矩变化趋势比连续管线缓和,最大正负弯矩值均小于连续管线;非连续破损管线在管线两侧负向弯矩变化较大;深层土体沉降符合高斯分布,土体最大沉降随土层埋深增加呈正比关系增大。     

盾构隧道周围地下管线的力学模型研究

利用解析方法研究盾构隧道施工周围地下管线的力学行为需要建立在该施工条件下土-地下管线相互作用的力学模型来合理的描述在盾构过程中地下管线的行为变化。本文首先建立了地层沉降引起的管线附加应力的计算方法,继而通过地表沉降变形实测结果分别建立了管隧垂直工况和管隧平行工况下地表的沉降曲线。基于Winkler地基梁基本理论,分别建立了两种工况条件下的盾构隧道周围地下管线的力学模型。     

盾构隧道施工对既有地下管线影响的现场监测

结合天津地铁6号线南河庄至大毕庄段盾构隧道施工实例,对与隧道垂直埋深3 m的航油管线及其周围土体进行了现场检测,研究了盾构施工对既有地下管线的影响,通过埋设沉降板与应变传感器,获取了管线周围土体的沉降数据以及管线的应变数据。     

盾构近接施工对既有隧道影响参数分析及近接度分区研究

隧道下穿既有隧道近接施工将会使土体原有应力释放,引起既有隧道附加应力,分析不同影响因素对既有隧道结构的影响至关重要.本文通过FLAC3D反转应力释放法模拟盾构施工对地层的扰动,建立盾构下穿既有隧道三维模型,对盾构施工参数进行精细模拟,分析各主要因素对既有隧道应力增量与变形产生的影响.随着中间地层弹性模量的增大与土舱压力...     

基于三维随机场的地表堆载引发运营隧道变形分析

随着城市基础设施的快速发展和轨道交通的进一步开发,已有运营盾构隧道不可避免地会受到周围施工的影响,邻近施工将引起运营隧道周围土体的应力重分布,从而使隧道衬砌结构产生额外的附加变形。在三维空间变异性土体中研究了地表堆载对下方既有运营盾构隧道结构变形的影响,采用有限元方法和随机场理论对盾构隧道的拱顶沉降进行了概率分析,揭示了土体参数的波动范围和变异系数对盾构隧道轴向变形超标概率的影响规律,最后根据大量随机分析结果提出了一种简化的等效确定性分析方法。相关成果可以为在类似工程问题中考虑土体参数空间变异性提供一种简化计算方法。     

类矩形盾构施工对地下管线影响的模型试验研究

类矩形盾构隧道开挖使土体以不均匀沉降形式作用于地下管线,导致管线产生纵向变形、破坏。针对类矩形盾构隧道施工,采用室内缩尺寸模型试验,综合考虑管隧相对位置、管线埋深及土体损失率3个影响因素,研究类矩形盾构隧道在砂土地层中施工,地下管线沉降、变形及地表沉降的规律变化。研究结果表明:管隧垂直工况时,管线竖向位移曲线呈高斯分布,竖线位移反弯点出现在隧道轴线附近处,管线弯矩呈"M"型分布,最大竖向位移及弯矩位于隧道轴线正上方;管隧斜交工况所受影响比管隧垂直工况影响更大;管线埋深越大,管线受影响程度越深;管线竖向位移随土体损失率减小相应降低,隧道轴线正上方管线竖向位移与管线最大正弯矩及两个较大负弯矩减小幅度较大,管线两端受影响程度较小;地表沉降受土体损失影响较大,沉降值比管线大。     

盾构隧道近距离下穿输水管线变形控制技术

地铁隧道盾构施工过程中近距离下穿各类管线是安全控制的重点,文章研究以沈阳地铁十号线桑林子车辆段出入线盾构工程近距离下穿大伙房输水管线为例,基于该管线的变形控制值,通过盾体与土体之间的空隙分别填充膨润土和克泥效时引起的变形比较,提出中盾末段注入克泥效对盾构隧道通过管线时沉降进行控制的方案。现场应用期间,变形监测结果表明管线整体沉降值和差异化沉降值均在预期目标值允许范围内,有效地控制盾构机通过土体时发生的地层沉降,取得了良好的施工效果。     

基于FLAC 3D地铁盾构施工地层竖向变形研究

盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,当土体沉降和变形过大时,会对邻近地下管线产生危害。采用统一土体移动模型解计算盾构隧道施工引起的土体自由位移场,通过能量方法建立变分控制方程,得到盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法。为了预测盾构施工地铁隧道时隧道地层变形情况,采用FLAC3D岩土模拟软件对地铁穿越富水砂卵石地层进行模拟分析,可对类似工程有所助益。     

盾构下穿对既有地铁隧道的影响规律数值模拟

针对新建下穿隧道在盾构过程中会造成既有隧道产生较大变形,对施工产生不利影响的问题,依托实际工程,通过三维有限元仿真研究新建隧道下穿对既有隧道变形特性的影响,对隧道几何形状、土体强度等潜在影响因素进行逐一分析。研究结果表明:新建隧道施工导致既有隧道周围土体形成松动圈,使土压力降低,是诱使既有隧道发生变形的主要原因;在开挖面经过两隧道交叉位置处前后一倍隧道直径区间内,既有隧道的沉降值占到整个施工过程总沉降的80%;在所有潜在影响因素里,盾构隧道的直径变化对既有隧道沉降峰值影响最大,其他影响因素(土的模量,上覆土厚度和隧道交角以及地层损失)的影响能力基本相当。     

既有上部建筑荷载下盾构施工引起土体附加应力分析

为考虑既有建筑下盾构施工对土体附加应力的影响,将建筑荷载按照土的有效重度等效为一定厚度的覆盖土层。基于弹性力学Mindlin解,给出既有上部建筑荷载下盾构施工过程中,刀盘正面推力、盾壳与土体之间的摩擦力引起周围土体附加应力的解析解;同时推导既有上部建筑荷载下盾构施工过程中,刀盘与土体之间的摩擦力引起周围土体附加应力的解析解。结合具体的计算案例,分析刀盘正面推力、盾壳摩擦力和刀盘摩擦力引起的土体附加应力的分布规律和对周围环境的影响;同时,针对不同上部建筑荷载对刀盘正面推力以及盾壳摩擦力引起的土体附加应力的大小和分布规律的影响进行分析。结果表明:既有上部建筑荷载下盾构施工引起周围土体的附加应力受刀盘正面推力、盾壳摩擦力的影响很大,为主要影响因素,具有一定程度的扩散性,其中沿推进方向的附加应力分量较为明显;而刀盘摩擦力对周围土体附加应力的影响较小,但具有一定程度的波动性,附加应力关于轴线近似成反对称分布。其中,刀盘正面刀具与土体之间的摩擦力引起的周围土体附加应力的波动效果尤为显著。不同建筑荷载对盾壳摩擦力引起的附加应力xσ和yσ的影响幅度和影响规律较为明显;其中xσ受建筑荷载影响的效果最为显著。该研究对指导盾构地铁隧道的设计和施工有着基础性的意义。     

污水管线改造工程对既有盾构隧道变形影响

污水管线改造过程中可能存在土体开挖,土体开挖可能对邻近盾构隧道的变形产生不利影响,文中以某市污水管线改造工程对既有盾构隧道的变形影响为例,采用数值模拟分析法,通过对邻近盾构隧道的不同污水管线开挖施工方案的仿真分析,得到土体总开挖量与盾构隧道最大变形的相互关系,并且利用其规律提出污水管线改造的优化方案,为类似污水管线改造工程提供便捷的设计与施工指导。     

软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移仿真模拟

针对软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移及其预测控制问题,采用FEM仿真模拟分析研究。结果表明：急曲线盾构隧道施工工程中,盾构进入及离开曲线段时土体施工扰动位移显著增大,与直线盾构隧道施工相比,曲线盾构尤其应注意扰动位移的变化特征;土体损失率对急曲线盾构隧道施工扰动位移影响显著,施工过程总体峰值位移与土体损失率呈幂指数非线性关系;隧道顶板土体沉降与注浆压力呈反比例线性关系,在合理范围内增大注浆压力对抑制隧道顶板沉降乃至上覆土体沉降有显著作用。     

软土地区盾构掘进引起的深层位移场分布规律

 在城市环境中,如何预测和控制盾构掘进引起的地层移动以保证地下既有构筑物的安全,是设计和施工亟待解决的技术问题。以上海某盾构隧道施工段为工程背景,应用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究盾构掘进施工引起周围地层位移场的分布规律。研究结果表明：盾构掘进对周围地层位移场的影响主要分为接近、穿越和远离测孔3个阶段。在盾构掘进接近和穿越阶段,隧道侧向土体以隆起、沿盾构掘进方向向前和向隧道外侧的位移为主;在远离阶段,侧向土体则发生沉降、向前和向隧道内的三维运动趋势。由于该工程隧道埋深大,隧道中心上方土体主要发生沉降和向前的位移趋势。根据数值计算所得隧道上方不同深度土层的横向沉降槽曲线,建立用于预测隧道上方深层土体沉降的修正Peck公式,计算结果与数值结果吻合较好。     

盾构隧道近接下穿既有隧道地层变形分析

以深圳地铁12号线盾构下穿隧道为研究背景,通过数值模拟分析了盾构掘进过程中地层变形。较坚硬地层盾构下穿施工,地表沉降值不超过1 mm。既有隧道削弱了掘进对地表变形的影响,导致地表沉降曲线在既有隧道位置出现回升。     

盾构掘进穿越民用建筑的沉降影响研究

盾构法施工不可避免地会对隧道周围岩体产生扰动,引发不同程度的土体变形和地表沉降,对地表结构造成不利影响。因此,以郑州市轨道交通5号线12标段西站街站—建设路站区间隧道工程为背景,利用ABAQUS有限元软件,建立三维盾构开挖模型,在考虑了盾构单元、管片单元、等代层单元、土体单元的协同作用后,分析了现场沉降监测结果和数据模拟结果,发现模拟出的沉降结果曲线与实测结果曲线走势相似。该研究结果可为盾构左线施工提供一定的理论指导。     

地铁隧道盾构法施工过程中地层变位的三维有限元模拟

在全面分析土压平衡式盾构施工过程中影响周围土体变形各主要因素的基础上，提出一种能够综合考虑各种因素的盾构施工三维非线性有限元模拟方法，通过对某地铁隧道盾构施工过程的模拟，分析了盾构推进过程中隧道周围及地表处土体的位移和变形以及横断面不同深度上的沉降分布规律，计算得到的隧道纵向地面沉降分布曲线与实测数据非常接近，计算结果表明所提出的盾构施工模拟方法是有效可行的。     

软土盾构隧道对上方建筑物和地层的影响分析

以某砖混结构居民楼为研究对象,把基础和上部结构看作一个有机的整体,按照建筑物-土体-隧道共同作用进行分析。采用ANSYS软件建立了三维有限元模型,研究计算了盾构隧道施工对地层沉降以及建筑物的沉降、水平变形和应力等的影响。分析表明,建筑物的存在改变了隧道周围土体位移场的分布;建筑物纵向中轴线的沉降曲线基本符合正态分布;其不同楼层的水平变形特征差异较大,纵向中轴线的Z向位移曲线和X向位移曲线都不具有对称性;隧道通过后,建筑物的最大主拉应力尚未超过砌体的抗拉强度平均值,可不采取措施减小其附加变形与应力。