新建盾构隧道下穿施工对既有矿山法隧道的影响

考虑时空效应的新建盾构隧道下穿既有矿山法隧道的特征计算,对相关工程风险控制研究有着重要意义.以郑州地铁1号线二期区间新建盾构隧道下穿既有出、入段线矿山法隧道为例,应用有限差分软件,对盾构施工所引起的土体沉降和既有矿山法隧道内力变化进行数值模拟分析.结果表明:新建盾构隧道施工完成后,隧道围岩产生非均匀分布的位移,既有出、入段线矿山法隧道上、下土体的最大沉降量为11.51 mm,既有矿山法隧道衬砌结构内力变化不大.     

新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降分析

相比直线线路盾构施工,新建曲线盾构下穿施工引起既有隧道沉降规律更为复杂,且相关研究较少。基于两阶段分析法研究新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降。第1阶段,结合镜像法、修正Loganathan法和Mindlin解,考虑曲线盾构转弯过程中的转弯超挖间隙和弯道内外侧不平衡施工参数的影响,计算新建曲线盾构施工引起土体竖向位移的3维解;第2阶段,将土体竖向位移视为位移荷载,施加在既有隧道上,基于Pasternak地基理论和Timoshenko梁理论,构建能够同时考虑土体剪切效应和既有隧道剪切效应的既有隧道沉降控制方程,运用有限差分法对方程降阶并求解。最后,与工程实例对比验证理论和控制方程的正确性,并对影响既有隧道沉降的关键参数进行分析。结果表明：新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降槽曲线具有非对称性,最大沉降位置位于弯道内侧1～2 m处,与未考虑曲线影响的计算结果相差较大。减小掘进路线的转弯半径R₀会增加既有隧道沉降,弯道内侧沉降增速大于弯道外侧,一般要求R₀不小于300 m;当R₀大于600 m时,可视作直线隧道下穿。增大刀盘直径D′会增加既有隧道沉降,沉降增加速度也随D′的增大而增大,但增大D′对沉降槽曲线的偏移程度影响较小。增大新建隧道与既有隧道竖向间距Z_c会减少既有隧道沉降。     

盾构下穿施工对既有隧道变形影响模拟研究

随着城市地下空间的不断开发利用,地铁隧道线路网不断完善,新旧隧道交错而过的现象愈发增多。近距离盾构下穿施工可能会对既有隧道造成一系列不利影响。因此,为研究近距离隧道下穿施工对既有隧道的影响,以南宁某工程为例,通过数值模拟研究了新建隧道盾构下穿施工过程对既有隧道的变形规律影响。模拟结果表明：盾构下穿隧道施工引起既有隧道的变形以沉降变形为主,扭转变形为辅;随着新建隧道的不断推进,临近既有隧道6 m范围内沉降变化率最大,此时既有隧道最为危险,风险系数最大;新建隧道盾构施工穿越既有隧道后,由于时空效应既有隧道沉降会继续发育,直至达到最大沉降值13.0 mm;穿越过程中既有隧道扭转变形量先增大后减小,最后趋于稳定。     

高速铁路隧道下穿高速公路地表沉降影响分析

针对京沪高铁金牛山隧道下穿既有公路的地表沉降影响,运用有限元软件ANSYS对隧道下穿既有公路进行数值模拟,考虑台阶法、双侧壁导坑法和CD法3种开挖方式,得出地表沉降的规律,并通过对比高速公路路面沉降控制基准值,对高速铁路隧道下穿高速公路的安全性进行了评价,结果表明,以变形控制为基准的最优开挖方式为双侧壁导坑法.     

隧道施工公路路面沉降规律和控制标准研究

新建铁路大量出现下穿既有公路的交叉工程,隧道施工沉降将影响公路行车安全,急需建立下穿公路隧道施工沉降控制标准.本文根据公路运营安全平整度要求,揭示了公路维修标准平整度与隧道施工路面最大沉降值的关系;应用正交数值试验方法,提出了不同等级公路路面允许的隧道施工沉降值及沉降速率.     

高速铁路隧道近接施工对既有市政隧道影响分析

针时成都某新建城际铁路隧道近接下穿既有市政管线隧道的设计和施工方案,运用有限差分法和流固耦合理论,分析研究了降水以及新建隧道施工过程中,上部既有市政管线隧道的受力特性及位移变化规律,研究结果表明:既有管线隧道衬砌结构应力和位移变化及分布规律几乎一致,交叉处界面位移最大,并沿隧道纵向向两端逐渐减小且呈对称分布;交叉处30m范围内,拱顶纵向应力主要为负值即压应力,仰拱纵向应力主要为正值即拉应力;降水施工对上部市政管线隧道的影响远大于新建隧道施工造成的影响,前者所引起的沉降约占75％～80％,后者所引起的沉降约占20％～25％;降水施工所引起的纵向最大拉应力为新建隧道施工引起的1.39 ～ 3.39倍.所以,降水施工前应采取一定的特殊辅助措施,以保证降水施工时结构安全性.     

流固耦合作用对新建水底隧道近接施工影响分析

为探索流固耦合在水底隧道近接施工中的影响,文中依托长沙地铁4号线下穿湘江近接南湖路隧道建立三维有限元模型,通过数值模拟研究流固耦合作用对新建隧道以及既有隧道的位移和应力的影响.研究发现:考虑流固耦合作用时,盾构隧道掘进扰动的范围更大,引起的变形也更大;有渗流和无渗流作用下土体的竖向沉降曲线与Peck沉降槽一致;在未考虑渗流场时,既有隧道水平向位移是整体趋向于远离新建隧道的方向,竖向位移是整体向上隆起;在考虑渗流场时,既有隧道管片水平位移是向隧道内收敛,竖向位移也是整体向上隆起,研究成果将对今后的类似工程建设提供指导作用.     

下穿地铁深基坑开挖影响的监测分析

临近地铁隧道的软土深基坑开挖时,若不能严格控制基坑施工效应,既有盾构隧道易出现损坏.在杭州市萧山区彩虹大道(工人路-市心路)B标段深基坑工程开挖过程中,对基坑下穿地铁隧道受影响范围内的隧道位移、收敛等进行监测,同时开展基坑地下连续墙与土体深层水平位移、地下水位、支撑轴力、地表和周边建筑物沉降、基坑围护墙顶与立柱沉降的监测工作.数据分析结果表明:基坑开挖对下穿隧道的影响以竖向位移为主,对水平位移和收敛变形影响较小;地下连续墙深层墙体水平位移与深层土体水平位移有明显的相关性,可用墙体水平位移代替土体水平位移;基坑地下水位的变化趋势与周边建筑物沉降变化趋势相同,开挖期间需密切关注地下水位的变化;基坑隆起是导致支撑轴力出现负值的主要原因,当支撑轴力出现负值时应高度关注坑底隆起和地表下陷.     

基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制

目的为更准确地预测浅埋盾构隧道引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施．方法基于均质半无限空间假定,将浅埋单孔盾构隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场和单向应力场。利用弹塑性力学的Lame公式和Kiersch公式及摩尔一库仑屈服准则,定义了弹塑性解的位移边界条件．将控制地表沉降两大措施成功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉降预测及控制．结果得出适合浅埋隧道地表沉降预测的弹塑性计算式,对弹塑性计算式的分析显示,隧道围岩的弹性模量E和黏聚力c越大,地表沉降越小;泊松比纵内摩擦角φ和膨胀角沙越大,地表沉降也越大．提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法．结论研究成果能较好地应用于浅埋盾构隧道的地表沉降预测及控制．     

基于非均匀收敛模式的双线地铁隧道施工诱发地层变形规律分析

基于位移控制理论,采用双线开挖椭圆化非等量径向土体位移收敛模式,提出了双线地铁隧道施工诱发周围地层变形的位移控制点源解析方法以及位移控制数值模拟方法.算例结果表明,位移控制方法可以充分考虑隧道施工引起的地层损失,可以较好地预测双线平行地铁隧道开挖引起的土体变形.成果可为合理制定双线平行地铁隧道开挖对周围土工环境的保护措施提供一定的理论依据.     

隧道盾构施工地表沉降规律模拟研究

隧道盾构施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制,是隧道工程领域重要的研究课题之一.为准确预测盾构隧道施工所引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施,采用150室内模型试验和FLAC3D数值分析软件,在模型隧道纵、横向设置位移监测点,监测地面沉降随开挖过程的变化规律.结果表明:沉降量随隧道深度的增加而减小,随掘进的进行而增加;横向沉降量在隧道正上方最大,沿两侧递减,深度越小收敛越快,沉降槽越小;纵向沉降量沿隧道开挖方向沉降值逐渐减小.两种试验模拟的结果较为接近,可以保证所获得的盾构隧道施工引起的地面沉降规律的正确性.     

复合地层全断面硬岩隧道掘进机下穿立交桥研究

针对全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)在城市中掘进对既有物的变形问题,依托青岛地铁4号线某区间隧道下穿立交桥的实际工程背景,采用数值计算的方法,根据实际工程情况建立双隧道下穿立交桥,综合分析隧道下穿市政桥梁的应变规律,监测桥梁多点位移,提出隧道正交下穿桥梁的薄弱点加固措施.结果表...     

基于深基坑开挖的临近初支隧道变形特征研究

深入研究基坑开挖引发临近既有隧道的变形特征可为地下工程的安全施工及监测提供参考依据。文章以济南市轨道交通预留段隧道旁新建深大基坑为研究对象,结合周边环境和地质情况,采用有限元软件建立二维有限元模型,通过对基坑开挖过程中临近在建隧道变形的模拟,得到桩顶及上、下行隧道位移变化规律。结果表明：基坑开挖至16.7 m时,隧道左下侧隆起而右上侧沉降;开挖至21 m时,隧道左下方沉降0.2 mm,同时右上侧沉降1.4 mm;上行隧道的水平位移远远大于下行隧道,隧道径向收敛以水平收敛为主,水平收敛值是竖向收敛值的1.5倍;隧道的水平位移前期受支护桩的阻断抑制作用位移变化较小,后期受开挖侧土压力减小导致位移逐渐增大。     

溶洞对隧道(洞)稳定性影响的数值试验及现场监测分析

依托武都水库的导流隧洞工程建设,就既有岩溶溶洞对隧道(洞)稳定性的影响进行了跟踪现场施工的动态监测及数值模拟分析,就不同位置及尺寸的既有溶洞对隧道(洞)围岩受力、变形以及支护结构的受力特性的变化进行了深入研究.既有溶洞影响的数值模拟和现场监测分析表明:受顶部既有岩溶溶洞的影响,隧道(洞)围岩的变形特性明显不同于无溶洞时的变形特性,其围岩超前掌子面的先期变形量增加,即围岩位移具有明显的超前释放性.就变形量而言,当既有溶洞的尺寸大于隧洞最大跨度时,既有顶部溶洞将引起隧道(洞)顶拱沉降位移的减小,而当既有溶洞尺寸大于隧道(洞)的最大尺寸时,隧道(洞)顶拱位移反而增加.同时,既有顶部溶洞将引起隧道(洞)水平收敛位移的增加,且位移的增加量随着既有溶洞尺寸的增加而随之增加.隧道(洞)边墙附近的既有侧边溶洞的出现将引起隧道(洞)水平收敛位移的增加,且位移的增加量随着既有溶洞尺寸的增加而增加.就支护结构受力特性而言,隧道(洞)边墙附近的既有溶洞的存在造成隧道(洞)近溶洞一侧喷层轴力的减小,而远离溶洞一侧喷层轴力的增加.     

盾构隧道下穿高铁路基变形分析及影响因素研究

为研究地铁盾构隧道下穿高铁路基时的变形规律及其影响因素,以西安市实际工程为背景,建立三维数值模型,分析地铁盾构隧道下穿既有高铁路基时高铁路基位移、道床位移等因素的变化规律。同时,利用正交试验研究隧道开挖间距、隧道下穿角度等因素对高铁路基的影响。结果表明：盾构隧道施工完成后,路基和道床的最大竖向位移分别为9.18、7.43 mm;路基土体横向最大位移不同方向分别为0.24、-0.29 mm;道床最大位移不同方向分别为0.17、-0.13 mm。此外,竖向净距对既有高铁路基与高铁路基道床竖向变形影响最大;下穿角度对既有高铁路基道床横向变形影响最大。     

平顶隧道下穿人防隧道的影响研究

以青岛某段新建平顶隧道下穿"回字形"既有人防隧道为例,采用三维有限元方法对此段隧道的三导洞开挖方式进行数值模拟.开挖过程中引起的人防隧道变形,严重时可能导致地层倒塌,与此同时,由于受既有人防隧道的影响,新建隧道的衬砌可能会受到受力及变形影响、对此进行分析,为设计与施工提出合理建议,也为类似工程施工提供参考.     

铁路立体交叉隧道相互影响阈值

针对铁路双线立体交叉隧道结构,通过数值模拟和回归分析等方法对不同围岩级别条件下既有隧道受新建隧道施工的影响情况进行了研究.运用数值模拟方法建立了多种净距、多种围岩条件和上跨及下穿既有隧道的工序下的力学模型,通过对48种工况下既有隧道底板变形计算结果的回归分析,得出了既有隧道围岩与道床变形预测公式,根据现有高速铁路运营期间允许的道床变形标准,对既有隧道运营不受影响的最小净距给出了建议值.同时对既有隧道围岩压力受新建隧道施工影响的变化情况进行了分析,以围岩压力变化幅度为评价准则,对铁路双线立交隧道间相互影响的净距临界值给出了推荐值.研究发现,新建隧道上跨的修建形式与下穿相比,对既有隧道影响略小.     

盾构下穿群桩引起的地表沉降和桩身受力规律研究

地铁建设中,盾构隧道下穿群桩时引起的地表沉降和桩身受力不可小觑。本文采用FLAC~(3D)软件模拟了合肥地铁2号线下穿五里墩立交桥的工况,研究了下穿群桩引起的地表沉降和桩身受力规律。研究表明:地表最大沉降量偏向桥墩荷载较大的一侧,其值为-1.31 mm;地表沉降曲线较明显的转折点均产生在桩与土的临界面处,且承台上方的地表沉降趋于直线;桩的水平位移和弯矩沿桩身分布曲线呈弓形,且上半部分变形较明显,两者的最大值均发生在桩基上部的1/3处,在以后工程实践中,可在此处加以钢套以提高桩基承载力。     

盾构隧道下穿既有城市隧道施工力学分析

针对合肥地铁1号线盾构下穿南一环下穿隧道工程存在的安全风险,运用 FLAC3D实现了隧道盾构开挖的模拟,分析了盾构推进过程中下穿隧道结构以及在建隧道应力应变分布规律。研究表明：盾构机在监测断面前后20m范围内掘进对下穿结构竖向位移和拱顶沉降影响最大,处于盾构隧道上方及中心线上的监测点沉降变形较大;下穿隧道的底板南北侧出现拉应力,拉应力最大值达到1.088MPa。开挖结束,盾构隧洞周围土体最大隆起位移为6.22mm,最大沉降为4.96mm;最终两个隧洞周围土体位移分布规律基本一致。拱顶沉降随开挖的变化规律与监测点相似。根据模拟结果提出的施工防护措施有效,沉降实测值均在预警值以下,模拟结果与实测结果规律基本一致,模拟效果较好。     

盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平位移研究

采用两段法研究了盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平变形特性,在第1阶段改进了Loganathan公式,求得盾构隧道以任意角度下穿管道施工引起的管道轴线处土体水平位移,第2阶段采用Vlasov模型模拟管土相互作用,并求得管道水平位移解析解。通过与工程监测数据及有限元计算结果的对比,验证了方法的正确性,并进一步分析了管道与隧道夹角、管道直径以及隧道埋深对管道变形的影响。结果表明：盾构隧道斜下穿管道施工时,隧道与管道相交角度的大小对管道水平位移造成的影响显著,随着夹角的减小,管道的水平位移逐渐增加;当管道与隧道相交角度较小时,盾构隧道开挖引起的管道水平位移相对管道竖向沉降不可被忽略;随着管道直径的增大、隧道埋深的增加,盾构隧道斜交下穿管道施工引起的邻近管道变形均减弱。