隧道降水施工地表沉降的渗流-应力耦合分析

根据有效应力分析方法,建立了弹塑性渗流–应力耦合分析理论模型;采用流体体积方法方法来跟踪非稳定渗流场的动态自由水面,开发相应的数值模拟分析程序;并对某地铁隧道工程的动态降水过程和开挖过程进行仿真模拟,对降水和开挖过程中的地表沉降进行重点分析,得出动态变化的地表沉降曲线,通过将地表沉降计算值与现场量测值比较分析,两者数据吻合较好。研究结果表明,降水的影响半径约为30m,降水所引起的地表最大沉降值约为23mm,左右隧道施工完时地表最大沉降值约为43mm,施工期间周围建筑物和地下管线均无安全隐患。而通常采用30mm的控制标准,说明城市地铁工程的沉降控制基准要视具体的工程环境条件而定,这为该工程和类似工程施工提供了依据和参考作用。     

类矩形盾构施工对地下管线影响的模型试验研究

类矩形盾构隧道开挖使土体以不均匀沉降形式作用于地下管线,导致管线产生纵向变形、破坏。针对类矩形盾构隧道施工,采用室内缩尺寸模型试验,综合考虑管隧相对位置、管线埋深及土体损失率3个影响因素,研究类矩形盾构隧道在砂土地层中施工,地下管线沉降、变形及地表沉降的规律变化。研究结果表明:管隧垂直工况时,管线竖向位移曲线呈高斯分布,竖线位移反弯点出现在隧道轴线附近处,管线弯矩呈"M"型分布,最大竖向位移及弯矩位于隧道轴线正上方;管隧斜交工况所受影响比管隧垂直工况影响更大;管线埋深越大,管线受影响程度越深;管线竖向位移随土体损失率减小相应降低,隧道轴线正上方管线竖向位移与管线最大正弯矩及两个较大负弯矩减小幅度较大,管线两端受影响程度较小;地表沉降受土体损失影响较大,沉降值比管线大。     

地铁隧道暗挖施工对地表密集建筑物的影响研究

在城市地铁修建过程中,地铁下穿已有管线、地面建筑物往往是整个线路修建过程中的难点及风险控制点。本文基于深圳市地铁5号线某暗挖隧道区间,针对暗挖隧道施工对地表密集民房的影响开展研究。隧道开挖采用上下短台阶加临时仰拱和中立柱施工法。采用有限元分析方法对两种不同工况进行数值仿真计算,研究最优开挖策略。研究表明:相对于未处理工况,采用旋喷桩隔离墙对隧道附近土层进行处理,以及对隧道正上方房屋进行拆除后,地表沉降减小幅值达49%,隧道拱顶沉降减小幅值达35%,临近建筑的沉降及差异沉降减小幅值达67%,同时可以有效减少施工开挖对地面沉降的影响。     

富水砂层盾构下穿高铁涵洞变形规律研究

针对西安地铁4号线尚新路-北客站区间盾构隧道下穿西宝客专涵洞工程,利用三维有限元软件对盾构下穿高铁涵洞施工过程进行数值模拟,分析了盾构掘进施工对地表沉降和高铁涵洞结构的影响情况。结果表明:盾构下穿高铁涵洞施工,地表最大沉降发生在左右线中间正上方位置,横向地表沉降符合Peck沉降曲线,沉降槽两端出现地表略微隆起现象;盾构掘进至涵洞下方时,仅位于掌子面上方的涵洞结构变形明显;盾构掘进至左线贯通时,涵洞结构整体产生明显变形且最大变形发生在左线正上方;盾构掘进至右线贯通时,涵洞结构最大变形发生在左右线中间位置。依据工程经验及数值模拟结果,提出了控制高铁涵洞结构沉降的专项措施,并通过现场监测进行了对比验证。     

叠落盾构隧道施工影响下地层变形及结构受力分析

北京地铁6号线南~东区间工程为北京地区首例叠落盾构隧道工程。针对该工程,本文通过数值模拟与现场实测相结合的研究手段,对叠落盾构隧道施工产生的地层变形及结构受力进行分析,得到以下结论:叠落盾构隧道开挖产生的地层沉降具有不对称性,最大沉降值位于两隧道中心线附近,地表沉降槽宽度较单线隧道减小,沉降值增大,使得土体及地表结构更易发生破坏;下行隧道施工地层损失率大于上行隧道,深部土体产生向隧道内侧变形,且两侧最大水平变形位于下行隧道拱顶上方;叠落盾构隧道施工使得两洞拱腰最大弯矩向两隧道连线方向偏转,下行隧道拱顶弯矩增大,需要在结构设计中引以注意。     

管片局部渗漏对地铁隧道长期沉降的影响规律

由盾构法施工的地铁隧道,其周围衬砌常使用管片组成.管片的接缝处、注浆孔及管片碎裂引起的渗漏会导致地表的沉降.本文通过数值模拟分析管片局部渗漏对地铁隧道长期沉降的影响.通过增加渗漏点的个数并改变区间隧道的总渗漏量,讨论管片渗漏对地铁隧道长期沉降的影响规律.分析结果表明,沉降量随着管片局部渗漏量的增加逐步增大,二者呈线性关系.     

基坑上跨既有地铁隧道施工扰动效应研究

为了探究基坑上跨既有地铁隧道施工过程中基坑结构、地表和既有隧道的变形规律,以某过江通道上跨既有地铁隧道为工程背景,运用FLAC 3D软件建立三维数值分析模型,对基坑施工进行动态模拟.结果表明:基坑上跨既有地铁隧道施工完成后,隧道整体产生隆起变形,尤其是在隧道拱顶部位,最大隆起量达到19.72 mm;地表沉降值处于沉降安全范围以内,但在距基坑3～4m位置处,最大沉降值达到16.47 mm.研究成果可为工程实践提供理论支撑和技术指导.     

通车荷载下不同覆土厚度的地铁隧道开挖对管线安全性的影响

地铁隧道的开挖将对临近的地下管线造成较大的影响。当管线附近同时存在新隧道开挖和通车中的地铁时,管线将同时受二者的影响。采用三维有限元方法分析在临近的地铁通车荷载作用下,不同覆土厚度的地铁隧道因开挖造成的地表沉降值和沉降槽曲线。利用沉降值和沉降槽曲线推算出保证管线安全性的控制参数。并得出新建隧道的覆土厚度对参数的影响,再将计算值与实测值进行比较。研究结果表明：(1)通车荷载的考虑和新建隧道的不同覆土厚度对参数的影响较大。(2)随着覆土厚度的增大,地表最大斜率和Smax/i有所增长,增长趋势随覆土厚度增大而减缓。(3)随着覆土厚度的增大,地表最大沉降值和地表损失系数呈现线性增大趋势。(4)随着覆土厚度的增大,沉降槽拐点曲率呈现线性降低趋势。(5)通过计算值与工程实测值的对比可知,有限元模拟结果与实测结果吻合,所推公式求得的参数与实测值求得的参数相吻合。     

列车荷载下新地铁隧道开挖对周边管线的影响

利用FLAC3D有限元模拟软件,模拟在既有地铁荷载下进行北京直径线开挖。结合实测结果,研究了隧道周边管线的位移、应力及地表沉降。结合相关管线安全性评价标准,对地下管线的安全性进行分析预测。结果表明,管线水平及倾斜变形均在标准控制范围内。利用地表沉降预测管线安全性时,发现地表沉降最大值、地表最大斜率、地表损失系数及地层移动坡角值均小于控制值。但管线的部分区域最大主拉应力集中于1.6~1.72 MPa范围内,略大于混凝土抗拉强度1.43 MPa。为了保证管线的正常使用,需对管线周围土体进行加固。     

结构性黏土边界面模型在FLAC~(3D)中的开发及隧道施工数值模拟

基于FLAC~(3D)提供的本构模型二次开发平台,采用C++语言编写了各向异性结构黏土模型(anisotropic structured clay model,ASCM),通过上海结构性黏土K_0固结三轴不排水剪切试验模拟验证模型的合理性,并进行隧道施工地层损失数值模拟,在此基础上分析黏土结构性和胶结吸力对地表沉降的影响。研究结果表明:自定义ASCM本构模型能够进行三维隧道数值模拟,计算的隧道施工地表沉降结果与离心模型试验实测结果吻合较好;当隧道间距为1.5D时,地表最大沉降位于双圆隧道对称面位置,沉降曲线表现为单峰值"V"型,隧道间距为3.0D和4.5D时,地表最大沉降位于隧道轴线位置,沉降曲线表现为双峰值"W"型;黏土结构性对隧道施工地层损失扰动下地表变形形状影响不大,但结构破坏引起隧道轴线位置地表沉降显著增加,黏土胶结吸力则对隧道施工地层损失扰动下地表变形大小和形状影响不大。     

大断面暗挖施工对地表变形控制的研究

以石家庄地铁1号线洨河大道站—西兆通车辆段区间为工程依托,通过数值模拟计算与分析,研究了大断面暗挖施工中不同工况下地边沉降变形规律。研究结果表明:双侧壁导洞施工中,在开挖两侧上导洞和中间上导洞时,对地表沉降影响较大;另外,开挖过程中,地表变形主要分布在隧道正上方,且沉降值从隧道中心到两侧逐渐降低,纵向6 m地表不均沉降最大值为0.6‰。     

管线渗漏水范围对浅埋隧道围岩变形和破坏的影响

 管线渗漏水是城市浅埋隧道施工安全事故的重要诱因,明确管线渗漏水对浅埋隧道围岩变形和破坏的影响规律是安全事故防控的基础。针对VI级围岩浅埋地铁隧道,采用平面应变模型试验研究管线渗漏水范围对围岩变形和破坏的影响规律。试验结果表明：(1) 管线渗漏水作用下,隧道尚未开挖就产生明显的地表沉降,随着渗漏水范围的增加,地表沉降值和沉降范围也随之增大,但当管线渗漏水范围到达拱顶后,其继续增大对地表沉降的影响程度明显减弱。(2) 管线渗漏水作用下,隧道开挖前地表即产生明显的竖向裂缝,随着地表沉降的增加,裂缝的深度和宽度均同步增加;隧道开挖后,地表竖向裂缝的深度和宽度随地表沉降的变化速率较隧道开挖前有所减小。(3) 管线渗漏水范围越大,隧道开挖后造成地层破坏的程度越剧烈;小范围管线渗漏水情况下,管线渗漏水范围对围岩破裂面形状的影响不大;中等范围和大范围管线渗漏水情况下,管线渗漏水范围的包络线和围岩破裂面高度吻合,且破裂面相对于无渗漏水影响的情况更为陡峭。     

盾构隧道近接在建暗挖隧道施工变形监测分析

文章以兰州地铁2号线盾构隧道近接在建暗挖隧道施工为背景,结合地表沉降、附近建筑物沉降和地下管线沉降监测数据,对富水强风化粉砂岩和砂卵石复合地层下盾构隧道近接暗挖隧道施工变形进行了分析。结果表明：监测断面处靠近盾构隧道侧变形较大,远离侧变形较小;建筑物靠近路线外侧沉降平均值更大,为8 mm;靠近线路内侧沉降平均值较小,为3 mm;地下管线靠近盾构隧道侧沉降值最大为26mm,远离盾构隧道侧最大沉降值为10 mm。建筑物沉降值和地下管线沉降值均远小于地表沉降值,表明建筑物和地下管线均可抵消部分地层变形影响。监测数据均在设计要求之内,表明暗挖区域洞内深孔WSS注浆、盾构管片增加环向支撑等加固措施可以有效提高隧道和地层的稳定性。     

复杂地层隧道位移与应力变化规律研究

盾构隧道在不同地层中开挖,会改变其地表沉降规律。文章结合杭州地铁6号线穿复杂地层的工程实例,采用Flac3D软件进行数值模拟,研究盾构隧道穿越不同土层分布情况下的施工力学特性,对地表及管片位移、管片应力的变化规律进行分析,研究结果表明,盾构地表沉降符合peck沉降曲线规律,实际值比模拟值小12%。盾构在粘土层中地表沉降值比粉砂层大,盾构穿越观测面后18m范围内受扰动影响明显,开挖距离超过30m沉降趋于稳定。     

盾构双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对管线的影响研究

在离心模型试验中同时考虑隧道开挖所致地层损失效应和质量损失效应,研究不同开挖顺序及不同布置形式下双隧道开挖对管线的影响规律。同时采用基于地层损失比的位移控制有限单元法对离心模型试验及其他4组拓展工况进行分析,其中土体本构模型采用考虑土体小应变特性的HP(Hypoplasticity model)模型,并将试验结果与已有的解析方法进行对比。研究结果表明,双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对地表沉降、管线沉降、管线弯曲应变的影响显著;管线存在所产生的"遮拦"效应对管线正上方地表沉降的影响程度随着自由场最大地表沉降的增加而逐渐加剧;双隧道开挖所致管线沉降的主要影响区域为-1.2D_T~1.2D_T;实际工程中应加强浅埋后继隧道开挖时管线工作性状的监测工作,且不应简单采用叠加原理对不同施工工序及不同布置形式的双隧道开挖所致地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变进行预测,应合理考虑后继隧道开挖所致土体的累计剪切应变及上覆隧道的遮拦效应对管–土相对刚度的影响。     

杭州某地铁车站深基坑工程开挖施工监测分析

以杭州市新塘路、艮山西路交叉口地铁车站基坑工程为背景,分析基坑开挖过程中支撑轴力、地表沉降、地下水位和管线沉降等监测数据规律。研究结果表明:基坑开挖过程中应及时布设支撑,随着支撑的架设第1道支撑会产生较大拉力,要防止第1道支撑与围护结构脱开;地表沉降具有明显的时空效应,且部分监测点的沉降值超过了报警值;地下水位与地表沉降密切相关,可以反映基坑周围的环境状态;对于基坑周边地下管线,位于标准井段中部的管线沉降值最大,该位置容易发生管线破坏,应加强监测。     

大间距双线地铁隧道矿山法施工引发地表沉降的规律

目前绝大多数地铁区间隧道中,常常在同一埋深地层平行修建两条隧道。在两隧道开挖影响交叉区内,将导致较大的叠加地表沉降,沉降预测更加困难。文章利用数值模拟方法,结合实测数据及peck修正公式对大间距双线地铁隧道矿山法施工引起的地表沉降进行研究,得到一些规律：在两隧道开挖影响范围交叉区域内,地表沉降会相互叠加;大间距条件下隧道施工的先后顺序对地表最大沉降的影响很小,可以用peck公式来预测地表最大沉降,但预测地表沉降时,需对公式作出修正。     

盾构法地铁隧道施工引起的地表沉降分析——以厦门地铁1号线吕厝站～城市广场站区间隧道工程为例

为厦门地铁后续盾构隧道工程的设计、施工积累经验,依托厦门地铁1号线吕厝站～城市广场站区间隧道工程,针对盾构隧道施工引起地表沉降问题,开展盾构法隧道施工现场监测数据分析。结合MIDAS/GTS三维有限元数值模拟分析,总结吕城区间盾构隧道施工引起的地表沉降变形规律。结果表明:吕城区间盾构隧道施工的主要横向影响范围大致为轴线两侧15. 0m内;纵向影响范围大致分布在刀盘前30. 0m至盾尾后60. 0m的范围内;数值模拟所得地表沉降结果和实测数据基本吻合。     

北京黏性土地层大直径土压平衡盾构施工地层变形规律研究

以北京地铁14号线单洞大直径和双洞小直径土压平衡盾构工程为背景,结合现场监测数据,针对黏性土地层中盾构施工引起的地表变形过程和分布规律进行分析,得到以下规律:盾构隧道施工地表纵向变形呈现隆起、快速沉降、缓慢沉降和稳定四个阶段;单线大盾构隧道施工地表变形呈单峰状,可采用Peck公式进行描述,拟合得到K值平均为0.193,Vl值平均为0.114%;双洞小直径盾构隧道施工,地表变形呈单峰状或双峰状,最大沉降均位于先开挖隧道正上方,其变形可用双Peck公式进行描述,拟合得到的K值平均为0.347,Vl值平均为1.022%。研究结果可为类似工程提供借鉴及参考。     

富水砾砂岩溶地层地铁区间隧道暗挖施工技术研究

以广州地铁3号线北延段机场南站—机场北站区间隧道为工程背景,从施工风险、工期、管线及交通疏通、沉降等方面对比分析CRD工法和单洞双线顶管法,对比有限元模拟计算数据和实际施工监测数据。结果表明:单洞双线顶管法引起地表沉降值、隧道结构拱顶沉降值远小于CRD工法;实际施工过程中,单洞双线顶管法产生的地表位移和土层位移变化趋势与数值模拟一致;单洞双线顶管法与CRD工法相比,缩短了支护时间,降低了带水作业风险,工期可控。实践表明,单洞双线顶管法适用于富水砾砂岩溶地层暗挖地下工程,效果较显著。