软土地层地铁盾构隧道施工引起衬砌结构变形规律研究

以无锡地铁3号线一期工程04标盛岸站至吴桥站区间盾构隧道为背景,基于海瑞克S-729土压平衡式盾构机掘进数据建立模型模拟盾构隧道开挖、同步注浆、管片拼装的流程。分析在软土地层中隧道衬砌结构的应力分布规律及拱顶、拱底与两侧拱腰在x, y, z方向的位移变化趋势,绘制在开挖过程中管片的变形分布曲线,结果表明盾构在软土地区掘进时,管片在拱顶、拱底与两侧拱腰处出现较大应力,同时拱顶与拱底处均在隧道竖直方向出现较大位移,而拱腰在隧道纵向位移达到最大值,须及时监控管片变形。     

某地铁区间隧道抗震计算分析

为了研究地震作用对地铁区间隧道的影响,文章以厦门市轨道交通6号线角美延伸段地铁区间隧道为研究对象,采用反应位移法计算出土层相对位移、管片惯性力与周围剪力,并使用地基弹簧来考虑土层与管片的相互作用,运用Midas-GTS软件对地铁区间隧道进行抗震分析。结果表明:区间隧道最不利受力位置为管片的拱顶与拱腰,而且管片剪力受地震作用影响比较大;计算截面的配筋由裂缝宽度控制,抗震配筋不起主要控制作用。     

MIDAS模拟分析隧道联络道冻结法施工

以中铁十六局科研项目橫琴隧道金融岛—3号工作井区间3号联络道施工工程为研究背景,采用MIDAS有限元数值分析软件,对冻结法施工中周边隧道管片与联络道的位移场变化进行模拟分析,得出联络道开挖会使周边隧道管片发生变形、联络道与隧道接触区喇叭口位置变形量最大、联络道周边与拱顶的变形相对较大等结论。该研究结果可为冻结法施工提供技术分析,为他人运用MIDAS模拟软件提供参考。     

重叠隧道盾构施工对先建隧道影响模型试验研究

针对软土地区重叠盾构隧道施工中,由于不同开挖顺序及不同推进速度下既有隧道位移和内力变化规律,设计了4组模型试验,试验结果表明,先上后下施工时,下线隧道的施工引起上线隧道纵向的沉降,且上线隧道管片环向内力发生偏转,拱底两侧内力变化最大;先下后上施工时,上线隧道的施工引起下线隧道纵向隆起,且下线隧道管片环向内力发生偏转,拱顶两侧内力变化最大;不管何种施工顺序,都会引起隧道纵向附加内力,但纵向内力表现为波动性和临时性。从纵向位移及既有隧道的内力改变来看,先下后上施工顺序的安全性优于先上后下的施工顺序。在重叠盾构隧道施工过程中,既有隧道的附加变位和内力值均随着推进速度的增大而增大,并且推进速度的影响范围也相应增大,所以在施工期间,应合理控制盾构机的推进速度,以免对近接既有隧道的结构安全造成较大的影响。     

管片接头刚度对盾构隧道衬砌结构应力与变形的影响研究

基于杭州市地铁8号线盾构隧道某区间衬砌结构工程,采用有限元法研究了管片接头刚度对盾构隧道衬砌结构应力与变形的影响。研究结果表明：地表最大位移值随着管片接头刚度折减系数的增加而减小;盾构隧道衬砌结构内、外环顶部的环向位移与拱顶、拱底和拱腰处的环向应力均随着管片接头刚度折减系数的增加而增大;管片接头刚度对盾构隧道衬砌结构变形和地表位移均有较大影响,可采用提高管片接头刚度的方法减小盾构隧道衬砌结构变形,并采用注浆的方法抬升地表,进而降低地层损失率。该研究成果可为类似工程提供参考。     

京杭大运河堤防加固工程对地铁隧道影响分析

以京杭大运河堤防加固工程为背景,采用Midas GTS有限元计算软件,对工程进行全过程的仿真模拟分析,研究填河围堰、基坑开挖及降水、后期闸体运营等主要工程活动对既有隧道交通结构的安全影响,进而对堤防加固施工过程提出合理建议。研究结果表明:工程在施工和使用阶段,会引起下部地铁盾构隧道产生一定的位移和变形,闸体使用阶段对既有盾构隧道的位移和变形影响最大;在河道回填阶段,相比初始状态,盾构管片结构的内力有一定增大,其余施工工况下,盾构管片结构的内力变化不大。依据变形、应力等控制指标,对最不利条件下管片位移、应力及曲率半径等参数进行安全影响评估,认为该工程条件下,基坑开挖对区间隧道影响较小。     

适应灰岩地区的地铁隧道盾构管片结构优化

为了研究适应灰岩地区的地铁隧道盾构管片结构优化，以贵阳地铁3号线一期工程高新路口站—师范学院站盾构区间为工程背景，通过综合选取围岩参数，对管片参数进行优化，并创新性地提出防排水结构的优化方案，分析管片的变形、受力及内力，优化管片的厚度，总结并优化管片制作材料，提高地铁隧道施工效率和质量，为后续类似工程提供经验。     

适应灰岩地区的地铁隧道盾构管片内力计算与原位监测

为了研究适应灰岩地区的地铁隧道盾构管片内力原位现场监测技术,以贵阳地铁三号线一期工程高新路口站—师范学院站盾构区间一处强风化灰岩地层的不利断面为工程背景,采用理论计算和原位监测相互对比分析验证,对其实际的安全状态进行考量,并对比软土地层与灰岩地层管片受力特征,保证地铁隧道盾构管片的安全性。     

邻近基坑施工作用下盾构隧道横向变形及开裂特性研究

宁波地铁1号线某区间左线隧道在邻近基坑施工时产生较大位移和横向变形以及严重的管片结构开裂和破损现象。基于现场测试结果总结管片结构的破损特征,采用横向变形和开裂特性相互分离的数值方法探讨邻近基坑施工作用下隧道的横向变形和开裂特性,并预测管片环的开裂趋势。基于Plaxis的平面应变模型其收敛变形预测值小于测试值,坑内降水是导致该隧道产生较大刚体位移的重要原因。衬砌环"横椭圆"变形模式决定了其开裂范围,即拱顶和拱底附近为易开裂部位,相对最大裂缝宽度总出现在拱顶或拱底附近,这与现场观测结果一致。当竖向收敛增量达到1%隧道外径时,靠近基坑一侧的拱底宏观裂缝在管片厚度方向贯穿,成为贯穿裂缝。     

城市地铁双护盾TBM工法隧道衬砌结构受力特征研究

以深圳市城市轨道交通8号线一期梧沙区间隧道为依托工程,对“双护盾TBM工法隧道”施工期间管片衬砌外部压力和结构内力开展了现场跟踪测试,总结归纳出“双护盾TBM工法隧道”管片衬砌外部压力和结构内力在施工期内的时变演化规律。研究结果表明：隧道施工期间,管片外侧压力共经历四个发展阶段,注浆压力对管片内力变化影响较大,管片设计应考虑注浆压力的影响,同时应注意TBM施工时的注浆量控制。对于深埋TBM隧道,结构内力与隧道埋设深度不具有明显的对应关系,但随着结构上部围岩风化程度增加,隧道上方垂直荷载对管片结构内力影响加大。研究成果可为城市地铁双护盾TBM施工结构受力分析提供依据。     

盾构隧道衬砌设计计算的几点研究结果

针对北京地铁5号线东四站～张自忠路站区间盾构隧道，运用修正惯用法以及有限元分析软件，选取不同大小的参数值(刚度折减系数、地基抗力系数)，进行了管片衬砌结构内力计算，并利用计算结果开展对称与不对称配筋。比较分析计算方法及参数大小对管片内力计算结果的影响以及管片配筋方式对配筋量的影响，得出了一些可供工程实践参考的结论。     

上软下硬地层下穿建筑物隧道数值模拟

以青岛地区地铁某区间隧道穿越密集建筑物群为例,采用矿山法施工,利用有限元软件对该穿越工程施工过程进行数值模拟,重点分析了开挖过程中的地表和拱顶位移、支护结构内力等方面.研究表明,在上软下硬地层中采用矿山法分上下台阶施工安全、经济、快速,可以有效控制地表和拱顶沉降以及衬砌和支撑结构受力,确保施工过程的安全,对隧道在上软下硬地层中下穿既有线或建构筑物的施工具有一定参考价值.     

基于三维非连续接触模型的管片接头静动力特性分析

基于非线性接触理论,考虑盾构隧道结构的非连续性,模拟管片接头结构和管片衬砌与围岩及道床之间的相互作用,建立了道床-管片-围岩的三维非连续接触模型,对盾构隧道管片接头在围岩静压、列车动载作用下的受力与变形进行了深入分析。研究结果表明,围岩静压下拱顶和隧底处的纵向接头部分向内张开,两侧拱腰处的接头部分向外张开,拱顶处的封顶块与邻接块错台较大,拱腰接头受压明显,拱顶接头受压最小,各环管片拱顶处的螺栓轴力最大,隧底处的其次,拱腰处的接头螺栓轴力最小,旋转了一定拼装角度后位于拱肩上部的接头螺栓,其剪力最大;列车动载作用下管片接头的张开错台、混凝土应力以及接头螺栓的内力均在动载施加初期迅速增加,然后明显减小,而后产生波动,其中浅埋地铁隧道拱顶接头的动力响应较隧底接头明显,螺栓剪力在列车动载作用下较螺栓轴力增加的多。     

不同地质条件下盾构隧道受力变形特性研究

针对天津滨海地区盾构隧道衬砌结构,采用大型有限元软件ABAQUS建立三维地层-结构模型,考虑隧道管片材料非线性特征,利用混凝土材料的塑性损伤本构模型,研究地层和隧道结构相互作用后隧道管片结构内力分布与变形特征,以及隧道管片受拉和受压损伤情况。最后,研究不同地质条件和超载作用对隧道管片结构的影响。数值分析结果表明：隧道管环横截面变形表现为水平向外扩张、竖向压缩的特点,呈现“横鸭蛋”形状;隧道管环拱顶轴压力最小,拱腰轴压力最大;管片外侧受拉时最大弯矩位于拱腰,内侧受拉时最大弯矩位于拱顶;受拉和受压损伤分布均集中在拱底附近,其中管环受压损伤面积比受拉损伤面积大;地质条件越好,变形随轴线方向变化越均匀,轴力和弯矩、隧道结构竖向位移、横截面收敛变形,以及管环损伤面积与损伤程度越小。研究结果以期为进一步探讨隧道衬砌结构的变形性能与损伤分布提供参考。     

某越江公路隧道施工监测分析

本文通过某越江公路隧道施工监测数据的整理,分析后建隧道施工对已建隧道的影响。后建隧道施工对盾构前方土体有明显的挤压作用,这种挤压作用使得两条隧道中间的土体朝向已建隧道和盾构推进方向侧移。最大侧移量并不在隧道中心埋深处,而是处于距地面13m深。盾构与土体的摩擦是造成已建隧道侧移较大的主要原因。同时对管片的内力变化进行分析得出:拱腰处内力较大,且管片内侧受拉;拱顶次之,管片外侧受拉;拱底最小,管片外侧受拉。     

小间距平行隧道TBM施工影响分析

结合重庆轨道交通环线凤鸣山站-上桥站区间TBM施工隧道工程,采用现场监测与ANSYS有限元数值模拟的计算方法,针对后行隧道施工对先行隧道的受力及其变形的影响进行分析。研究表明,在双线平行隧道施工时,后行隧道施工会对先行隧道造成挤压的作用,导致隧道管片横向变形减小,环向内力改变;并且通过改变双线平行隧道的间距,认为在砂岩(4级围岩)情况下,隧道净间距超过6.6m(1D)时,施工相互影响较弱,可以不进行加固。     

空洞对盾构隧道结构受力与破坏影响模型试验研究

通过将渐进性破坏理论应用到盾构隧道管片衬砌结构病害(尤其是管片开裂)产生的破坏分析中,采用相似模型试验方法,通过超载的形式从管片衬砌结构内力及位移、声发射信息、管片破坏过程方面,分析地层空洞缺陷对盾构隧道管片从材料细观损伤到结构宏观局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进性破坏失稳过程的影响。试验结果表明:空洞缺陷的存在对衬砌结构的极限承载能力及破坏模式具有显著影响,首先是会降低管片失稳临界点对应荷载值,临界点对应的最大位移值与隧道半径比值减小,其次降低管片结构开始出现宏观裂缝时的荷载值;对于空洞的分布位置,拱肩位置空洞的存在更容易导致结构的失稳,其次拱腰和拱顶;空洞的存在也会改变衬砌结构失稳起始位置的分布,导致失稳起始位置接近或直接位于空洞位置。     

考虑管片接头渗流的盾构隧道流固耦合模型研究

管片接头是盾构隧道衬砌的渗漏水多发区域,长期渗流导致荷载分布和受力模式变化,危及结构安全。针对现有研究难以对接头渗漏下盾构隧道力学特性准确模拟的现状,提出一种新的模拟分析思路,基于开发的接头联接单元模拟盾构衬砌接头位置的力学变形响应,采用有限元软件二次开发数值实现接头渗流,要点在于密封垫张开引起的接触应力和外水压力动态变化的迭代分析,进而建立管片接头渗流下的盾构隧道流固耦合数值模型。结合上海地铁盾构隧道工程实例,对不同接头渗流、渗流量、接头刚度和防水性能等因素影响下的隧道力学变形机理和地表沉降规律进行分析。研究发现：管片接头位置与渗流量对于衬砌结构的内力存在一定影响,具体表现为弯矩明显增加而轴力略微减小,拱腰接头发生渗流对结构内力的影响最大。隧道结构的变形随着渗流量的增加而增加,且基本呈正比关系;拱腰、拱底和拱顶接头发生渗流时对结构侧向移动和变形的影响依次减小。隧道结构和地表沉降随着管片接头渗流量增加而增加,且基本呈正比关系;拱顶接头发生渗流时,地表沉降最大但隧道沉降最小;拱底接头发生渗流时,地表沉降最小但隧道沉降最大。研究成果对完善盾构隧道流固耦合分析模型有一定参考价值。     

非对称小净距隧道施工顺序优化分析

结合在建的大连至旅顺中部通道工程,建立有限元数值模拟分析模型,针对非对称小净距隧道不同施工顺序,从拱顶下沉、水平位移、初期支护内力以及围岩塑性区方面进行对比分析。结果表明,非对称小净距隧道小断面先行、较大断面后行在控制隧道周边拱顶下沉、水平围岩、初期支护结构内力以及中间岩柱整体稳定性更有效。因此,小断面先行大断面后行为非对称小净距隧道的最佳施工顺序。     

地铁区间盾构隧道衬砌内力计算方法比较分析

地铁区间盾构隧道衬砌内力计算是非常复杂的。针对沈阳地铁一号线区间盾构隧道衬砌,分别采用不考虑土壤介质侧向弹性抗力自由变形均质圆环法和考虑土壤介质侧向弹性抗力的修正惯用法进行内力计算。分析比较了衬砌管片结构内力分布规律,探讨了计算方法对盾构隧道衬砌结构设计所造成的影响。