跨活动断层盾构隧道纵向受力及变形特征

为了研究断层错动下盾构隧道力学响应特征，引入Vlasov双参数地基模型，并考虑水平地基摩阻力的影响，提出跨活动断层盾构隧道纵向力学响应解析模型.以正断层错动工况为例，采用模型试验及数值模拟验证解析模型的合理性，讨论影响隧道结构纵向力学响应的因素.建立考虑环缝接头塑性变形的三维数值模型，分析环缝接头塑性变形对隧道结构纵向受力与变形的影响.研究结果表明：解析模型计算得到的隧道纵向力学响应特征与模型试验、数值计算所得规律一致，当不考虑竖向地基剪切刚度时，解析解计算得到的隧道纵向弯矩偏大；相较浅埋土质地层工况，深埋岩质地层对隧道纵向变形限制作用更加明显，导致结构纵向内力增大；隧道与断层之间竖向距离、断层破碎带宽度及结构纵向抗弯刚度有效率等因素均对隧道最大纵向内力影响显著；当考虑环缝接头塑性变形时，在断层错动20 cm工况下，盾构隧道环缝接头已经产生显著的塑性变形，严重威胁盾构隧道的运营安全.     

考虑地基变形连续的基坑开挖诱发邻近盾构隧道位移预测

从工程实际出发,建立考虑基坑坑底及侧壁卸荷作用的基坑开挖引起的附加荷载计算模型;基于Mindlin解给出由基坑开挖所引起的邻近隧道处的竖向附加荷载;引入能考虑隧道任意埋深效应的修正基床反力系数, 将既有隧道简化为搁置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,进而提出基坑开挖下邻近既有隧道响应的简化计算方法. 所提方法能考虑隧道埋深效应以及地基剪切效应,与工程实际更为接近. 通过与三维有限元以及2组已发表工程实测数据的对比,验证所提简化计算方法的合理性与适用性. 针对地基弹性模量、地基剪切模量、隧道纵向等效抗弯刚度、隧道-基坑夹角、隧道埋深、隧道-基坑间距以及基坑几何形状等主要参数对隧道纵向位移的影响进行系统分析. 结果表明：隧道与基坑平行工况下的隧道最大位移是垂直工况下的1.60倍;提高隧道纵向抗弯刚度可以有效减小隧道的最大位移,但这种“削弱作用”会随隧道-基坑间距的增大而减小;随着隧道埋深、隧道-基坑间距的增大,隧道最大位移呈非线性递减规律;基坑的“长开挖”会影响隧道的位移和隧道隆起范围,而“短开挖”则主要影响隧道的位移. 研究成果可以为较为合理地预测既有盾构隧道在邻近基坑开挖下的响应规律提供理论支持.     

局部荷载作用下软土盾构隧道纵向沉降数值分析

基于摩尔-库伦准则,建立隧道衬砌与土体相互作用的三维有限元模型,模拟了软土盾构隧道下卧土层性能和隧道上方局部荷载对隧道沉降的影响,揭示了隧道的纵向变形规律.结果表明:隧道纵向沉降最大值与软土夹层弹性模量、纵向长度以及均布荷载集度呈线性关系;隧道沉降值随均布荷载作用长度和宽度增加而增大.     

盾构隧道在不同施工工况中地表变形的模拟研究

为研究盾构隧道在不同施工工况中地表及自身的变形规律,本文建立了盾构隧道的有限元模型,对盾构隧道在不同施工工况下的开挖进行了模拟计算,即采用不同掘进顶推力施工时的地表沉降、隧道不同埋深情况下施工时地表沉降、开挖完成后地表作用大面积荷载情况下的地表沉降,以及隧道修建完成后地下水位变化后对盾构隧道变形等不同工况的模拟计算．结果表明：盾构的顶推力会导致其前方一定范围的地表土发生向上的隆起,并且顶推力越大,隆起变形和范围均较大．在相同顶推力作用下,埋深较大的隧道地表点的隆起变形和范围较小．地下水位上升会导致地表浅层土体发生回弹变形,并且下方有盾构隧道的地表的回弹值要比下方没有盾构隧道的地表的回弹值小;当地下水位从盾构隧道拱底逐渐升高到中心处和拱顶时,盾构隧道结构会出现竖向和侧向变形,并且水位越高,变形量也越大．     

盾构隧道基底软硬过渡地段列车振动响应分析

论述了隧道衬砌结构-围岩系统动力分析的理论和数值计算方法,采用激振力函数模拟高速列车竖向振动荷载,考虑隧道基底地层纵向软硬不均,建立了广深港客运专线狮子洋盾构隧道列车振动响应三维有限差分计算模型,研究了高速列车振动荷载作用下软硬不均过渡地段隧道衬砌结构振动响应规律,并通过引入长期列车振动荷载作用下地基土累积变形计算模型,预测了软硬不均地层条件下不同地段隧道基底的长期差异沉降.计算结果对评价软硬不均地层盾构隧道衬砌结构的动力稳定性和控制隧道基底不均匀沉降具有一定的指导意义.     

地铁均布荷载引起地基土的沉降分析

分析了地基土在地铁均布荷载作用下的沉降规律.结果表明:在单次列车运行期问内,地面的沉降较大,并且呈现波动现象;在双面加栽过程中,隧道纵向中间部分的沉降较大;长期累积作用不可忽视;由于地基土沉降以不可恢复的塑性永久变形为主,因此,对于长期列车动载作用下地基的变形问题,采用塑性本构模型能较好地描述地基土变形的不可恢复性和长期累积性.     

道路拓宽改造对邻近建筑地基变形影响分析与控制

针对道路拓宽改造引起邻近软土地基沉降时间长、不均匀沉降大且难以预测等问题,以某道路拓宽改造项目为工程背景,通过有限元分析、现场实测和理论计算研究邻近软土地基的沉降变形规律,提出一种附加荷载作用下软土地基变形的有限元分析预测方法.结果表明:出水池地基在不同监测点处沉降量变化较大,沉降不均匀;在同一监测点处,土层越浅,沉降速率越大,分层沉降量的最大值发生在压缩模量小的软土层中;考虑软土蠕变-固结耦合效应的数值分析结果与实测数据吻合较好,可用于预测软土地基工后沉降;采用一维固结理论沉降的计算结果与实测值相比偏大,因此,软土地基的沉降计算中考虑软土的蠕变效应是有必要的.     

道路拓宽改造对邻近建筑地基变形影响分析与控制

针对道路拓宽改造引起邻近软土地基沉降时间长、不均匀沉降大且难以预测等问题,以某道路拓宽改造项目为工程背景,通过有限元分析、现场实测和理论计算研究邻近软土地基的沉降变形规律,提出一种附加荷载作用下软土地基变形的有限元分析预测方法.结果表明:出水池地基在不同监测点处沉降量变化较大,沉降不均匀;在同一监测点处,土层越浅,沉降速率越大,分层沉降量的最大值发生在压缩模量小的软土层中;考虑软土蠕变-固结耦合效应的数值分析结果与实测数据吻合较好,可用于预测软土地基工后沉降;采用一维固结理论沉降的计算结果与实测值相比偏大,因此,软土地基的沉降计算中考虑软土的蠕变效应是有必要的.     

地铁移动荷载作用下地基沉降的弹塑性分析

土体本构、隧道-地基模型与地铁荷载模拟是长期地铁移动荷载作用下地基土沉降研究的三个关键因素.本文以Drucker-Prager塑性本构模型表示土体应力-应变关系,采用与不平顺管理标准相应的激振力来模拟列车竖向动荷载,使用FLAC3D软件建立了地基结构的空间模型,详细探讨地铁隧道地基土沉降在不同加载次数下的动力反应和沉降规律.研究结果表明:埋深对地基土沉降的影响明显,随着埋深的减少,地基土的沉降逐渐增加;对于长期动荷载作用下的地基变形问题,采用塑性本构模型更能符合实际工况.     

交通荷载引起的软土地基累积沉降计算方法研究

软土地基在交通荷载下的沉降计算和稳定性保证,是修建低路堤公路的重要环节,而科学的计算方法是其前提和基础.文章以新河（青潍界）至辛庄子高速公路寿光段为例,通过利用循环荷载作用下软粘土不排水累计变形模型-Chai-Miura模型,结合利用Flac3D有限差分程序计算地基中的动、静应力,对软土地基的累计沉降进行了计算.结果表明:对修建在软土地基上的低路堤,反复的交通荷载引起的累计沉降很大,同时变形随深度衰减很快,当深度大于8m后,变形与地表的相比小得多;路基沉降速率与运行时间关系较大,且随时间非线性增长,其中累积沉降及总沉降在通车初期累计沉降发展较快,且累积沉降远大于固结沉降,占总沉降的90％多.     

地铁双线盾构隧道下穿高速铁路路基沉降分析

以某地铁双圆盾构隧道下穿高速铁路路基工程为依托,根据天津软土地层条件,采用FLAC3D数值模拟软件,考虑CFG桩复合地基等效、列车荷载、盾构隧道施工壁后同步注浆效果、注浆压力、掌子面土舱压力、施工错距、地下水的影响等因素,模拟了盾构穿越路基的全过程,对路基顶面横向沉降槽形态进行分析研究.研究表明:路基顶面最大沉降量为6.88 mm,最大沉降坡度为0.29‰;沉降槽较平坦,形态为单峰,先行隧道施工引起的路基顶面沉降值大于后行隧道引起的路基顶面沉降值.     

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

盾构隧道施工过程地表变形的数值模拟计算

为研究盾构隧道在掘进过程中地表不同点的位移变化,建立盾构隧道掘进的有限元模型,对盾构隧道的开挖进行了有限元数值模拟．结果表明：盾构隧道在掘进过程中,会导致地下土体应力释放,使地表土发生相应沉降,并且隧道纵向轴线正上方地表点的沉降变形最大．当掘进距离超过一定深度后,其后方较远地表点的沉降变形趋于稳定．盾构的顶推力会导致其前方一定范围的地表土发生向上隆起．在注浆层硬化前、后过程中,不论是拱脚、拱顶及对应地表点的沉降位移均会比注浆层硬化前要大．     

盾构下穿合肥高铁南站对路基的影响分析

本文以合肥市轨道交通1号、5号线下穿合肥高铁南站为依托,采用MIDAS/GTS有限元软件对盾构隧道施工过程模拟,分析了桩基群上部铁路路基沉降变化。通过模拟可知,既有桩基群能有效控制盾构施工过程中路基的沉降。先开挖的隧道引起的高铁路基沉降值大于后开挖的隧道引起的高铁路基沉降值,且在全线贯通时先开挖隧道引起的路基沉降与后开挖隧道引起的沉降产生明显的叠加。     

土工格室加固铁路软弱基床的有限元分析

在分析土工格室加固铁路软弱基床机理的基础上,结合工程实例,对土工格室加固铁路软弱基床进行了三维有限元分析。计算中采用Drucker-prager模型模拟土体的材料非线性,采用三维薄膜单元模拟土工格室的立体加筋性能。计算结果表明：土工格室模量越大加筋效果越显著;基床填料模量的增大对减小土工格室加筋基床的总沉降和差异沉降有较明显的效果,而对减小基床土的水平位移影响较小;填料模量的增大对减小路堤底面附加应力有显著效果,可使路堤底面附加应力分布更为均匀。     

软基路基沉降系数的影响因素分析

结合软基路基沉降计算的实际问题,讨论公路工程中普遍应用的一种软基路基沉降计算经验法,分析路堤填土高度、地基处理方法、填土施工速率和地质条件对沉降系数的影响,提出综合沉降系数的计算模式,对保证软基路基工程质量具有指导意义.     

Analysis of the Dynamic Response of a Shield Tunnel in Soft Soil Under a Metro-Train Vibrating Load

1 Introduction In recent years, with the development of traffic on ringroads around cities, more and more attention has been paid to the impact of this metro traffic oper- ating on lining structures and the environment. With the structure of the tunnel lining as the critical carrier and barrier in transmitting the vibrating load waves, the analysis of dynamic responses of tunnels is quite important. Some scientists have already made some investigations in this field. Zhang[1] studied the dy- n…