地表堆载对既有盾构隧道纵向变形影响

临时基坑开挖弃土和建筑垃圾引起的地表堆载将对盾构隧道产生不利影响,威胁盾构隧道运营安全,因此有必要评估地表堆载作用下盾构隧道的变形。利用非线性Pasternak地基模型,考虑地基非线性变形特点,通过接头非连续盾构隧道计算模型反映盾构隧道环间接头的影响,利用两阶段法,推导得到地表堆载作用下盾构隧道纵向变形简化计算方法。首先,通过Boussineq解求得地表堆载下盾构隧道所受附加荷载; 其次,将附加荷载作用于盾构隧道,结合接头非连续盾构隧道模型推导得到盾构隧道在地表堆载作用下的纵向变形方程,并使用有限差分法对方程进行求解,最后结合2个工程案例验证了所提方法的合理性。结果表明:增加盾构隧道环间接头的转动刚度对减小隧道沉降的作用较小,但可以有效减小接头张开量; 增加堆载长度会同时增大盾构隧道沉降量和沉降范围,而增加堆载宽度只会导致隧道沉降量缓慢增加,但不会引起隧道沉降范围增大; 增大堆载边界线到隧道轴线的距离会有效减少堆载引起的沉降量。     

地表堆载作用下盾构隧道纵向受力机制试验研究

通过开展室内模型试验,探究地表堆载诱发下盾构隧道纵向受力变形特性。应用3D打印技术制作的盾构隧道模型,可以较好地反映真实盾构隧道管片结构特点,克服精细化盾构隧道模型制作困难的问题。首先通过开展盾构隧道模型集中荷载试验,探究盾构隧道纵向等效抗弯刚度变化规律;其次开展地表堆载试验,研究地表堆载诱发下盾构隧道受力与变形特征。试验结果表明：盾构隧道纵向等效抗弯刚度有效率并非一个常量,而是随着集中荷载增大而减小,本试验得到其值在0.176～0.044范围;在地表堆载诱发下,盾构隧道拱顶沉降呈正态分布曲线形态,主要沉降范围在加载宽度范围内;地表堆载作用下拱顶土压力分布变化特点与拱顶沉降相似;随着地表荷载增加,通过隧道中间环四周土压力监测发现,拱顶土压力增量最大,拱底次之,拱腰最小;受地表荷载作用,盾构隧道衬砌结构发生“横鸭蛋”状收敛变形,其中拱顶位移最大,拱腰次之,拱底最小。试验结果揭示了盾构隧道结构变形特性和地表堆载条件下盾构隧道与地层相互作用机制,对突发堆载下既有隧道的保护提供了参考依据。     

堆载作用下土体分层特性对地铁隧道纵向变形的影响研究

随着城市化进程的不断推进,地铁隧道附近可能会出现不同形式的地表堆载,将对地铁隧道的健康状态产生不利影响。现有的方法多是基于Boussinesq解求解地表堆载引起的附加应力,无法考虑土体的分层特性。首先采用Fourier积分变换得到了直角坐标系中竖向荷载作用下层状地基附加应力的基本解;然后将下卧隧道视为Timoshenko梁,基于Winkler地基模型和两阶段法求得隧道纵向位移和内力。为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,对上软下硬、上硬下软两种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。结果表明：地基土成层特性对隧道形状影响比较大,相比而言,隧道下卧土层控制沉降的效果要优于隧道上覆土层。     

盾构法隧道引起的地表变形分析

在分析盾构法隧道引起地表变形的原因的基础上，将盾尾空隙的大小、注浆充填的程序、隧道壁面土体受扰动的程度和范围等对地层位移有着重要影响，而在实际工程中又难于分别量化的因素，概化为一均质、等厚的等代层，分析了地表变形对等代层参数的敏感性。在有实测位移的情况下，可运用位移反分析法较准确地获取等代层的参数。实例分析表明，这种处理方法用于实际工程中能取得合理的、令人满意的结果。     

地表堆载下盾构隧道纵向非线性变形简化解析解

既有盾构隧道在地表堆载下将会导致纵向不均匀沉降,威胁地铁列车的安全。目前地表堆载下盾构隧道的沉降预测方法没考虑到土体变形非线性的特点。基于所提的非线性地基模型,推导得到在地表堆载影响下盾构隧道纵向非线性变形简化解析解。地表堆载引起的隧道附加荷载通过Boussinesq解估算,通过连续梁模拟隧道的变形,推导得到在地表附加荷载下盾构隧道沉降的微分方程,引入有限差分法与Newton迭代法相互结合数值求解方法。通过三维有限元结果验证了其正确性,可以为在地表堆载下盾构隧道的沉降变形预测提供理论支持。     

隧道开挖地表沉降分析研究

本文针对城市地下隧道开挖的特点，并通过有限元三维分析，对隧道开挖过程进行了数值模拟，研究了城市地下隧道开挖随开挖过程土体地表沉降的变化问题，指导城市地下隧道的开挖。     

地面堆载对沉管隧道暗埋段的影响研究

隧道上方的大面积堆载会引起隧道结构发生变形，过大的变形易使隧道结构产生裂缝，导致渗漏甚至破坏，尤其对于埋深较浅的沉管隧道暗埋段，地面堆载的影响更加显著。结合某沉管隧道暗埋段处地面堆沙的工程实例，运用三维数值分析的方法，评价了地面堆沙对近距离既有沉管隧道暗埋段的影响，并对比分析了不同堆载方案下隧道结构的变性特征，为实际施工提供了有益参考。     

堆载预压和真空堆载联合预压的比较

堆载预压和真空联合堆载预压都是工程中处理软土地基的常用方法。通过舟山富通电缆项目地基处理工程项目中堆载预压和真空联合堆载预压施工的比较研究,得出真空联合堆载预压比堆载预压具有更高的施工成效效率,更好的沉降稳定性和沉降性,以及水平位移量更小,使周围软弱边界的变形处于较为稳定的状态。     

土性参数随机场的模拟和随机场的离散

对土性分布参数一维、二维随机场模型和局部平均随机场单元离散随机场的技术进行了较深入的研究 ,提出了计算和组集自协方差矩阵的方法。     

地面堆载作用下邻近桩基变形的三维数值分析

结合具体工程,采用三维有限元分析方法,对地面堆载作用下邻近桩基变形性状进行了模拟分析。分别研究了浅层土体弹性模量和桩身刚度对各排桩基侧向变形的影响,并将有限元计算结果与实测数据进行了比较。分析结果表明,浅层土体的弹性模量对被动桩基的变形影响更显著;被动桩能有效地控制堆载作用下邻近土体的变形,从而对附近建筑基础起到保护作用。分析结果能为类似工程的设计提供指导。     

突发堆载引起软土地铁盾构隧道大变形整治研究

城市地铁的快速发展难以避免频受外部工程活动扰动影响,其中突发堆载已成为突出问题。上海某地铁区间盾构隧道上方突发大量堆土,最大堆高约7 m,从而引发结构产生横向收敛大变形（ΔD）最大达到34.5‰倍的隧道外径(D),堆载严重威胁到地铁结构及运营安全。介绍了该工程案例,包括堆载引起的隧道结构横纵断面变形及相应的结构病害,提出并实施了及时卸载、堵漏及碎裂修补、后采用芳纶布及钢环结构补强的结构整治措施。卸载对于减缓堆载对隧道结构沉降影响作用明显,卸载之后隧道沉降恢复且部分产生隆起现象,后续张贴芳纶布及钢板环加固措施,可提高盾构隧道横断面承载能力,相比隧道沉降,隧道结构收敛变形状况改善并不明显,水平直径收敛最大仅回缩2.6‰D。案例对于外部扰动对盾构隧道影响及整治研究,具有重要的工程实践价值。     

地面堆载对临近既有盾构隧道影响的研究综述

随着我国城市建成和运营的地铁盾构隧道越来越多,地铁沿线突发堆土(地面堆载)现象也越来越频繁。地面堆载会导致下方土体产生附加沉降,使临近既有地铁隧道产生相应的附加变形和受力,严重威胁到隧道结构及地铁运营安全。根据现有研究成果,将地面堆载对临近隧道影响的研究方法归纳为:现场实测法、理论分析法、数值模拟法和模型试验法。对发展概况及研究进展进行综述,提出需进一步研究的课题和研究思路。     

超大直径盾构隧道随机场建模及分析研究

超大直径盾构在掘进过程中由于面临复杂的地质环境,其地质参数的不确定性导致盾构驾驶司机往往依赖于经验进行操作,存在一定的未知风险。尽管随机场模型能在一定条件下描述土体参数的空间变异性,但对于变异性较高的土体往往难以合理评价其参数的差异性。因此,本文通过将随机场理论与克里金方法相结合,从而建立以有限钻孔数据为约束条件的随机场;并以某盾构隧道工程中部分黏聚力、内摩擦角数据为基础验证了该方法的适用性。结果显示:(1)完全随机场模型能基于岩土力学参数的统计量信息,在一定程度上模拟其空间变异性;(2)约束随机场模型能充分利用有限的钻孔数据表征土体各空间位置岩土力学参数的差异性,从而可为超大直径盾构施工提供较为详细的岩土力学参数资料,进而对盾构掘进操作参数的选取提供一定帮助。     

地面堆载对盾构隧道围压影响的模型试验与理论分析

盾构隧道周边发生突发性地面堆载时会对管片产生附加荷载,当附加荷载过大时会导致隧道纵缝接头张开、螺栓外露、拱顶部管片结构棱角破损等。针对地面突发性堆载对隧道的危害,采用几何相似比C_L=15.5的室内缩尺寸模型试验,综合考虑堆载大小、隧道埋深、堆载位置等影响因素,研究在地面突发堆载下隧道的围压变化情况;采用理论分析的方法研究地面堆载作用下隧道围压以及总围压的变化,最后将相同工况下的理论分析与试验结果进行对比。研究结果表明：当堆载等值逐级累加时,隧道围压的变化量基本呈现等值增大的现象;隧道围压的变化量在一定范围内随偏心距离的增大整体呈现下降趋势,当堆载位置在0.5D₀(D₀为管片外直径)、1D₀时偏心侧的隧道围压下降值明显比非偏心侧小,当堆载位置为1.5D₀时,隧道两侧围压的变化量基本相同;随着隧道埋深增加,由于隧道顶部土体厚度增加,地面堆载对隧道围压的影响相对减小;理论计算结果与室内模型试验结果的变化趋势非常吻合,从而说明了试验与理论分析的准确性。     

地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析

以广州地铁二号线某区间隧道为背景，介绍了盾构法施工引起的地表沉降的分析方法，结合现场监测结果的对比分析，总结了地表沉降规律，对后续工程施工具有指导意义。     

堆载作用下被动群桩的三维性状分析

被动桩问题是近年来岩土工程领域的一个研究热点,但是对于堆载下群桩与土之间复杂的相互作用一直缺乏系统的三维分析。本文建立了三维有限元模型,对四桩群桩的工作性状进行分析,重点研究了堆载条件、桩身刚度及土层分布对桩身位移和弯矩分布的影响,得出一些有益的结论。最后,对软土地基中桩身位移和侧压力的分布规律进行了归一化线性拟合。     

厚覆盖岩层下采矿引起地表变形的三维有限元分析

介绍了在厚覆盖岩层条件下，确定地下采矿引起地表变形特征的三维有限元弹塑性计算分析工作。     

软黏土双层地基堆载预压固结空间概率分析

根据工程地质资料,分析固结系数的概率统计值;以双层地基为对象,研究堆载预压固结的概率分析方法和空间概率特性;采用正交试验方法,分析固结参数的不确定性及其分布对固结概率特性的影响;推导固结度均值和方差的解析计算公式,据此分析固结的空间概率特性与自相关距离的相关性;探讨方差折减系数的相关函数选取问题。研究表明,在固结后期双层软黏土地基固结系数的不确定性和概率分布对固结概率特性的影响比较显著,而压缩模量的影响不显著;固结度的均值随着固结系数的变异系数增大而减小,而它的方差则随着固结系数的变异系数增大而增大;固结系数的自相关性对固结概率特性具有一定程度的影响;方差折减系数对于自相关函数形式的选取不敏感。     

地面堆载对高速铁路桥墩沉降变形的影响分析

高铁运营对桥梁结构的承载能力要求较高,因此高速铁路桥梁不同于其他桥梁。该研究以京沪高速铁路山东省济南某段为背景,采用大型非线性有限元软件ABAQUS,分析了邻近桥梁的土体堆载对桥梁墩柱沉降变形的影响。研究得出,由于堆载的体积、位置和形式各异,地基土质也不尽相同,建议根据详细的地质资料对土体进行有限元计算分析,把握土体堆载的安全范围,进而满足高速铁路对桥墩沉降的严格要求。     

软土地区大面积堆载施工地基变形分析

为了保证大面积堆载施工监测的安全可靠，文中通过对上海某堆载施工工程监测数据分析，探讨软土地基大面积堆载施工过程中变形情况。结果表明在大面积堆载下，深层竖向位移监测深度：一般区域宜为40～50m、古河道区域宜为60～70m；土体深层水平位移监测深度建议取值30～40m，其变形方向背向堆载体方向，变形曲线呈“三角形”；大面积堆载对竖向位移影响深度界限不明显，主要与土层性质有关。以期能为后续类似堆载监测工程提供借鉴。