深埋马蹄形隧道开挖围岩应力与位移的复变函数解

利用复变函数解法中的柯西积分法,求解工程中常用的单心圆仰拱马蹄形隧道在弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解表达式。由于是深埋隧道,且埋深与孔径之比较大,故不考虑重力梯度影响,直接把重力作用化为无限远处作用有P1、P2的外载;求解出马蹄形隧道孔洞在弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解表达式。结合典型断面,利用三维有限元分析软件MADIS/GTS建立二维平面应变模型,对理论推导单心圆马蹄形隧道在弹性平面内的解析解公式进行验证。分析表明,有限元结果和解析解结果有较好的吻合性,证明了新方法的准确性,针对深埋马蹄形隧道开挖工程,可以快捷地评估围岩应力状态及位移变形。     

复变函数法分析盾构隧道开挖引起的土体位移和衬砌变形

盾构隧道开挖引起的地层变形历来是人们所关注的重要课题。目前,既有成果较少考虑隧道衬砌与土体相互作用所带来的影响,尤其是较少针对衬砌变形进行分析,就此基于隧道椭圆化变形边界条件,提出了考虑衬砌与土体两种不同介质相互作用下的地层位移和衬砌变形复变函数解答。在该方法中,隧道埋深只影响共形映射后圆环域的环壁厚度,而解析区域依然保持圆形,具有不会对函数解析产生影响的优势;此外,该法经共形映射后保证了边界连续性,避免了既有应力函数法为保证隧道扰动土体无穷远处位移为零,而对解析解进行修正所导致物理意义不明确的缺陷。通过实例分析,得到了隧道开挖引起的地表沉降,并与实测数据进行了对比验证;通过参数分析,获取了扰动地层和隧道衬砌变形的影响规律。结果表明:复变函数解答得到的土体位移曲线与实测值吻合较好,且地表最大沉降值更接近于实测值;隧道的埋深和半径对土体位移和衬砌变形均有较大影响,衬砌厚度对其影响虽然较小,但仍不可忽略;衬砌径向位移曲线呈仰卧的鸭蛋形,关于90°/270°轴对称,拱顶和拱底被压扁,拱顶压缩量明显大于拱底,左、右两侧压缩量小于上、下两侧,表现为收缩之后又被压扁向左、右两侧突出,且随着埋深的增大,衬砌整体上浮;衬砌环向位移曲线呈侧立的苹果形,关于0°/180°轴对称,且在90°和270°处取值为零,随着隧道埋深的增大,环向位移绝对值增大。     

地面出入式盾构隧道动力响应试验对比分析

地面出入式盾构隧道（ground penetrating shield tunnel, GPST）的地震动力响应与传统隧道有显著区别,这是由于GPST部分衬砌出露地面,部分埋置于地下,其动力特性与一般隧道或地面建筑都有所不同,采用振动台试验方法对GPST的地震动力响应进行分析。本研究建立了大型隧道-地层模型,合理模拟了隧道的接缝、衬砌环横截面和纵向刚度,并还原原型场地的动力参数。模型隧道的总长7.7m,埋深范围为-0.5D～0.5D,其中D为隧道直径。试验中输入地震动为上海人工波,输入方向垂直隧道轴线。试验对两种结构形式的隧道进行分析,分别为标准衬砌环和顶部开洞衬砌环,重点分析了隧道在地震中的加速度响应和直径变形响应,以揭示GPST的动力响应特性。研究表明,隧道埋深对隧道的地震响应产生显著影响。随着埋深减小,隧道顶部加速度响应增大,表现出了显著的摆动效应。随着埋深的增加,隧道直径变形响应也相应增加,但顶部开洞衬砌环在出由于刚度显著降低,直径变形响应也出现极值。总的来说,地下段（D≥0）结构响应主要受控于土-结构相互作用（SSI）的影响,而出露地面的隧道（D <0）由于没有地层的约...     

浅埋隧道围岩应力及位移的显式解析解

浅埋隧道施工引起的地层位移将传递至地表进而形成地表沉降,施工前准确预测地层位移是有效控制地表沉降的前提。基于复变函数法,利用逆映射函数求解z平面复势函数的级数形式,并结合柯西-黎曼方程（C-R条件）对Verruijt提出的浅埋隧道围岩应力及位移隐式解析解中的解析函数求导,得出了浅埋隧道应力及位移函数的级数显式表达式;与Verruijt隐式解析解相比,该显式解析解直观,便于被工程人员使用,其编程计算量也较小;为确定显式解析解中的未知系数,基于浅埋隧道洞室变形产生的原因,提出了3种隧道洞室边界的变形模式和2种变形比率,合理调整变形比率可以实现多种边界条件组合。工程实测地层位移与显示解析解的计算结果吻合度高,验证了所提显式解析解的正确性和实用性。     

浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的求解方法

把浅埋盾构隧道简化为半无限平面的挖孔问题,采用平面弹性理论的复变函数方法,推导了反应位移法中浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的解析公式。设定不同的埋深和土体泊松比,计算了隧道周边的压缩和剪切地基弹簧刚度,讨论了隧道埋深和土体泊松比对刚度的影响,以及压缩和剪切地基弹簧刚度的关系。结果表明：浅埋隧道与深埋隧道的地基弹簧刚度存在差异;隧道埋深和土体泊松比对地基弹簧刚度的大小和分布规律影响很大;浅埋隧道的剪切与压缩地基弹簧刚度之比沿隧道周边变化。     

新建隧道斜交下穿既有盾构隧道的变形分析

随着轨道交通的迅猛发展,地铁隧道之间相互穿越不可避免,既有地铁结构随着新线施工的附加变形发展规律成为目前地下工程建设的热点问题.本文结合北京某浅埋暗挖法隧道斜交下穿既有盾构隧道工程的施工和监测,分析了斜交下穿施工各阶段既有盾构隧道的变形规律,提出既有盾构隧道沉降理论公式,并且基于提出的理论公式及沉降实测数据进行拟合分析...     

水下长距离浅埋大直径盾构隧道设计与施工

通过分析浮力平衡、盾构掘进推力与盾构工作面水土压力的关系,总结了确定水下大直径盾构最小埋置深度的方法;通对目前国内外管片结构计算模型的比较,提出水下浅埋大直径盾构隧道比较合理的计算模式;针对水下长距离浅埋大直径盾构隧道的特点,确定了可行的掘进技术参数。     

近距离加载对盾构隧道的影响分析

采用有限元法对浅基础与桩基础的建筑加载对近距离既有盾构隧道位移影响进行了分析，得到浅基础与桩基础上部加载对地铁隧道的影响特点，结果表明：浅基础与桩基础在加载作用下，随着加载位置与隧道的水平投影距离的增加，竖向位移减小的幅度比水平位移明显要大；桩基础上部加载对地铁隧道的影响要远小于浅基础对地铁隧道的影响。     

城市隧道上覆地层整体下沉的力学机制分析

 通过对北京和深圳地铁、厦门海底隧道、机场路等工程的现场监测结果的综合分析表明,浅埋暗挖隧道的受力机制与山岭隧道有较大不同,上覆地层变形体现出明显的整体下沉趋势,且带来的地层开裂、破坏更具突发性和破坏性。针对这种特征,对工程中地层滑动破裂角采用一种新的模型进行推导,其结果显示,地层滑裂角比传统结果大约15°,即滑裂面更陡峭、接近竖直方向,且该滑裂角是围岩参数、应力场、覆跨比、断面矢跨比的函数,一定程度上体现了围岩变形破坏类似的具几何效应,即浅埋暗挖隧道上覆地层的整体下沉、塌陷,突发性冒顶等特征,是由围岩的力学特性和几何特性共同作用的结果。另外,隧道结构下部土体的扰动、损伤、软化等,极易造成下部地层沉降和承载力的丧失,随之而来的即是隧道结构的整体下沉、支护效果恶化以及进一步的上覆地层整体沉降加剧。相应的采用理想弹塑性模型、修正剑桥模型的数值模拟分析,能部分反映这种上覆地层整体下沉的特征。研究结果还表明：对浅埋暗挖隧道围岩受力变形机制、本构关系的研究急需加强。     

盾构掘进对隧道周围土层扰动的理论与实测分析

在城市环境中，如何控制地层移动以保证隧道周围临近建筑物以及地下市政设施等的安全，是设计以及施工中必须考虑的主要问题。通过对盾构施工对地层扰动的一般性状的分析认为，地层的移动在盾构隧道周围呈现区域性的不同特征，而且随工作面压力的不同，各扰动区域间的分界面发生变化。另外。由于已有地下污水管道自身具有一定的刚度，它的存在对盾构掘进引发的地层移动产生一种遮拦作用而使地层移动特征发生变化。以上海地铁二号线工程为工程背景，通过在地下污水管道周围的地层中测定地层的超孔隙水压力和土层的移动(包括地层的分层沉降以及地层在两个方向的水平位移)。研究了盾构法隧道穿越地下污水管道时盾构推进与地层移动的相关性。研究表明，在盾构掘进接近、穿越以及远离测孔区3个施工阶段，隧道周围不同区域的土层呈现出各自不同的移动特征。     

盾构隧道纵向变形性态研究分析

随着城市地铁和市政工程建设的发展 ,由于软土隧道发生过量的不均匀纵向变形对隧道内力、变形及正常运营的影响日渐突出。本文以盾构法隧道为基础 ,结合工程实例 ,对软土盾构隧道纵向变形和结构性态进行讨论 ,介绍了盾构隧道纵向变形的影响因素 ,重点分析了土性不均匀与荷载变化两大主要因素对隧道纵向变形的影响 ,最后给出了具有一定指导意义的结论。     

盾构施工仿真以及对相邻影响的数值分析

地下结构的内力与变形与建造的过程密切相关 ,但是传统的简化方法是不够的 ,有必要采用适应性较强的有限元法。针对盾构隧道施工过程中的施工步骤、管片与土层接触面以及开挖过程中地应力释放等多方面进行了有限元模拟 ,并针对盾构施工对临近的影响进行了计算与分析 ,结果较为满意。本文能够为隧道衬砌的设计以及相邻环境影响分析提供有益的参考     

盾构穿越高架对其桩基变形和内力影响分析

盾构法已经成为城市地铁区间隧道施工的一种重要方法,在盾构法隧道施工过程中,经常要从地上和地下重要建筑物附近穿越。某盾构隧道需要近距离从已有高架桥桩基下穿过,通过适当简化,采用平面连续介质有限元,模拟双洞单线盾构隧道施工的整个过程,考虑不同阶段土体的应力释放率,分析盾构隧道施工对桩基变形和内力的影响。     

厚硬岩层盾构隧道施工对地下管线影响分析

地铁盾构施工可能造成地下埋藏管线变形损坏。为预测盾构隧道施工穿过厚硬岩层时对地下埋藏管线的影响,以大连地铁201标段某区间隧道横穿马兰河床段为研究对象,对盾构施工引起地下埋藏管线影响状况进行研究。首先,基于FLAC^3D数值仿真,构建了坚硬岩层盾构施工隧道及其支护结构数值模型;然后,应用有限差分数方法对盾构施工地表沉降规律及其对地下管线随掘进过程的变形方式和程度进行分析,进而找出地下埋藏管线变形规律。研究结果表明,两组管线监测点的变形规律趋于一致,即50 m长的盾构开挖施工过程仿真中,均出现了稳定期、临界点和变形期;地下排水管线在X、Y、Z三向监测点均有变形产生,较严重变形出现在管线与地表垂直方向。本研究为掌握盾构施工对地下管线影响、提高施工安全可靠性,具有重要指导作用。     

浅埋偏压隧道洞口段初期支护变形分析与控制

以某在建山岭隧道为工程背景,分析了洞口段初期支护产生过大变形的原因,采用有限元软件对其开挖施工过程进行了仿真分析,结合现场监测结果,得到了浅埋偏压隧道洞口段初期支护的受力及变形状况,并提出了变形控制措施。分析结果表明:洞口偏压段初期支护呈现明显的不对称弯曲变形;最大拉应力出现在深埋侧拱腰内边缘,最大压应力出现在深埋侧的拱脚外边缘和浅埋侧的拱腰内边缘;通过有序减压卸载、增设临时斜撑、洞内注浆、及时成环等措施可有效控制变形发展。研究结果可为类似地质地形条件下隧道洞口段初期支护的设计与施工提供参考。     

苏州软土蠕变特性的参数研究及其有限元应用

为探讨苏州地铁一号线沿线软土地层的蠕变特性及其对盾构隧道长期沉降的影响,对该区土样进行三轴试验和一维蠕变试验。引入关口-太田模型(S-O模型)描述苏州土依赖时间的本构关系,结合有限元程序GLEAVES对试验进行数值模拟,并验证模型及程序的可靠性。最后对苏州地铁长期沉降作一算例分析。研究表明:苏州地铁沿线土层有明显的蠕变效应;引入S-O模型的GLEAVES程序较好地模拟出苏州土本构关系;为控制隧道的长期沉降,应严格控制盾构顶推力。