以隧道变形量测资料分析掘进效应与约束损失

 收敛–约束法理论为应用于隧道工程支撑设计的简化分析方法,所采用之约束损失更是此分析模式的关键因子。针对约束损失的计算与影响性分析,以隧道工程广泛使用的变形量测收敛资料为依据,以掘进效应函数探讨隧道因前进开挖引致工作面围岩变形与应力变化,并以反计算方法评估约束损失分布情况,进而应用于台湾八卦山公路隧道工程案例分析,以了解实际掘进效应的影响。研究分析结果包含：(1) 提出掘进效应函数描述隧道收敛资料与约束损失的关系;(2) 说明掘进效应函数的参数适用范围及其物理意义;(3) 提出约束损失方程用以预估隧道开挖引致前期与掘进距离的收敛值;(4) 反计算方法可以预估约束损失可能的重新分布趋势与前期收敛;(5) 掘进效应函数分析结果与三维有限元计算结果相近。     

基于收敛约束法的隧道开挖纵剖面变形曲线研究

收敛约束法是应用于隧道支护设计的一种简化分析方法,纵剖面变形曲线是该分析法的重要曲线。考虑隧道开挖工作面效应和纵剖面变形曲线的关系,进行数值模拟研究,探讨纵剖面变形曲线的影响因素,并与理论公式计算结果进行对比分析。结果表明:隧道纵剖面变形曲线与收敛损失随开挖的变化规律是一致的;弹性条件下隧道的前期位移量为25%~34%,本次模拟结果为32.8%;归一化的纵剖面变形曲线受支护条件影响较大,受埋深、弹模和泊松比影响较小;由二维纵剖面变形曲线的分布,可计算得隧道前期位移量及各个阶段的收敛损失值,了解隧道开挖工作面效应的三维影响,进而能够分析计算隧道围岩结构的应力与位移等变量。     

隧道开挖地层反应曲线的外显分析

收敛-约束法理论是应用于隧道支撑设计的简化分析方法,所使用的约束损失是该分析方法的关键因子.基于隧道开挖前进效应与约束损失的关系,建立隧道掘进效应函数,并采用约束损失的递增方法与简易试算表工具,同时依据应力-位移力学理论模式,推导在静水应力条件下圆形隧道开挖于弹塑性地层的解析解,进而提出模拟地层反应曲线弹塑性非线性行为的外显分析法.其分析结果包含约束损失递增方法的计算内容与步骤说明,以及约束损失弹性极限值、塑性半径、弹塑性区的径向应力与径向位移.此分析法与研发的有限元分析结果比较显示,二者呈现相似且一致的非线性趋势.     

基坑开挖卸荷-加载对下覆盾构隧道影响研究

为研究基坑开挖卸荷-加载过程对下覆盾构隧道的影响,以北京某近地铁建设项目为例,利用MIDAS GTS NX建立了地层-盾构隧道-基坑三维数值分析模型,并对其工程地质特征、岩土参数、基坑支护方式等进行了数值模拟试验。根据模型的计算结果,分析了在基坑开挖卸荷-加载施工过程中,基坑底部距隧道中心线距离与隧道直径的比值k对盾构隧道位移和应力的分布规律。计算结果表明：基坑开挖卸荷-加载施工对下覆盾构隧道的应力影响很小,对下覆盾构隧道顶部的变形影响较大,改变基坑底部到下覆盾构隧道水平轴线的距离,可以有效地减缓施工过程盾构隧道地变形,且当k值在4.0～4.5范围内基坑施工对隧道位移几乎没有影响。     

考虑掘进效应的隧道变形有限元分析

通过数值模拟法对隧道施工全过程进行了三维弹塑性分析,尤其对不同施工条件下的隧道竖直位移变化进行了分析。结果表明:在掘进面到达前,围岩会产生前期位移收敛,本算例前期位移量为总位移量的32.7%;隧道变形受围岩级别、埋深及半径的影响,围岩劣化条件下的位移增量主要发生在隧道断面开挖前,半径增大条件下的位移增量主要发生在隧道断面开挖后;Ⅴ级围岩条件下,前期位移量显著增大;隧道变形稳定所需距离主要受半径的影响,稳定距离S与半径R关系式为S≈1.2R。     

地铁盾构隧道整环衬砌结构三维有限元分析

利用大型通用有限元软件ABAQUS建立地铁盾构隧道整环衬砌结构的三维有限元模型,计算分析衬砌环在试验荷载工况下的荷载—变形关系曲线、变形过程中隧道管片的内力发展过程;计算分析试验荷载工况下衬砌环直径变形量发展至一定收敛限值时,进行钢板加固,并继续计算完成荷载-变形全过程关系曲线、变形过程中隧道管片的内力发展过程。通过与试验结果的对比分析,有限元计算结果与试验结果两者的变化规律是一致的;计算结果在反映结构应力/应变分布规律方面有重要参考作用。     

基坑开挖对邻近隧道纵向位移影响的计算方法

基坑开挖卸荷会对邻近隧道产生影响,因此有必要对隧道的变形进行预测,确保隧道正常运行.针对目前计算模型的分析方法未考虑基坑壁应力卸荷对隧道位移的影响,以及有限元分析过程较为复杂繁琐,提出采用Mindlin解计算基坑壁与坑底卸荷的附加应力.然后将隧道结构视为弹性地基无限长梁,将开挖引起的附加应力施加于隧道结构上,建立隧道结构纵向变形方程,从而得到隧道位移及内力的计算公式.最后,将计算方法与数值模拟算例、工程实测进行对比分析,计算结果与其较为吻合.     

浅埋区间盾构上部基坑开挖保护施工技术

为降低基坑开挖过程中对既有盾构隧道变形的影响,保证地铁盾构区间结构的质量与安全,利用有限元三维分析的计算方法,并结合相似工程的施工经验,制定了以碎石粉反压+内支撑+分条开挖为主要手段的隧道保护措施,有效地控制了隧道在上方基坑开挖后的竖向位移量.通过在工程中的运用,证明了该保护方法的有效性,可为类似工程提供借鉴.     

带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层位移和衬砌应力分析

 盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是城市轨道交通安全控制的关键课题。由于目前该领域较少考虑隧道衬砌与土体相互作用带来的影响,尤其是较少针对衬砌应力进行分析,由此提出带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层变形计算方法;同时考虑地层与衬砌之间的非对称收敛协调变形模式,建立带衬砌隧道开挖的Airy应力函数解析解答。通过实例研究,得到带衬砌隧道非对称变形模式下的地层沉降和水平位移曲线,并与实测数据进行对比验证;通过参数分析,获取土体和衬砌的材料特性、隧道几何特性以及隧道埋深等主要参数对浅埋隧道开挖地层变形和衬砌应力的影响规律。结果表明：非对称收敛变形模式对地层位移的影响明显,在此条件下得到的沉降槽和水平位移曲线与实测值吻合较好,地表最大沉降值更接近于实际;隧道半径或土层硬度对土体沉降最大值有较大影响,减小半径和硬化土层对减少土体沉降量效果显著,而衬砌几何参数的改变对沉降量的影响不大;衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈倒“8”字分布,而弯矩随着k值的增大,沿圆周方向由“8”字形向“0”字形过渡,最大轴压力和最大负弯矩发生在拱腰位置,土体侧压力系数k的取值对衬砌轴力和弯矩的分布和大小影响明显。分析成果可为正确预估软土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

基坑开挖对邻近地铁变形的实时监测与数值分析

基坑开挖会使临近隧道产生位移与不可忽视的自身结构变形,影响隧道的运行安全.论文借助有限元方法与现场自动监测,对基坑开挖对临近已建隧道的影响展开研究,采用数值模型对实际施工工况进行模拟,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对地铁隧道的影响.分析表明基坑开挖对隧道不仅产生了纵向上的沉降,也使隧道结构本身产生了一定的横向变形,现场实测数据与有限元分析结果对比反映了隧道变形的规律.可以为以后的工程提供参考.