隧道施工对上覆砖混结构建筑物影响

重庆市同茂隧道下穿重庆两路老城区,上覆建筑物结构类型多,修建年代差别大。其中,砖混结构建筑物由于其修建年代久远,维护较差,受隧道施工影响最大。本文以砖混结构建筑物为研究对象,建立三维有限元模型,通过隧道施工过程对建筑物影响的有限元分析,研究砖混结构的内力和变形特征,揭示砖混结构的内力和变形随施工过程的变化规律。为类似工程隧道施工对上覆砖混结构建筑物的影响研究提供借鉴和指导。     

山地城市隧道开挖对既有建筑物的影响研究

城市浅埋暗挖隧道施工下穿既有建筑物的工程安全问题越来越受到重视。以重庆曾家岩嘉陵江大桥工程南侧主线隧道下穿、侧穿市政府办公楼,邻近戴笠公馆等建筑物为工程背景,通过FLAC3D建立了三维办公楼框架模型、三维地质地层模型和三维曲线连拱隧道模型,对双连拱隧道开挖过程中的邻近建筑物的变形规律及开挖后地表建筑物的变形和受力进行了分析。研究表明:下穿隧道开挖过程中,框架结构桩基的沉降变形值受距隧道轴线的距离及开挖步的影响较大,而水平变形值受开挖步的影响较大,受距隧道轴线距离的影响较小;隧道开挖将使框架结构底部地基梁的轴向力和弯矩发生较大变化,使桩的轴向力略微增加,弯矩略微变化。     

邻近盾构施工中的桩基托换效果研究

以成都地铁1号线盾构近距离穿越某建筑桩基工程为背景,建立有限元模型,研究盾构穿越施工和荷载转移措施对结构及桩基的影响。结果表明:盾构从桩端穿越时,有无采用梁包柱形式的桩基托换措施对隧道结构内力影响较小,但该措施能够有效减小被托换桩的最大沉降和各桩之间的不均匀沉降。桩基托换使距隧道较近的两桩轴力减小,距隧道较远的桩轴力增加,在所有桩体上均产生附加弯矩,但量值较小。建筑结构的最大弯矩发生在距隧道最远处的柱与右跨梁的刚接位置,桩基托换有效减小梁、柱的最大弯矩。监测数据表明,盾构穿越施工对桩基影响较小,桩基托换措施达到预期效果。     

隧道开挖对临近桩基影响的二维数值分析

基于隧道开挖的工程实例,采用有限元方法,分析了临近桩基的隧道开挖对建筑物桩基的影响。选取了不同隧道挖深,模拟开挖对临近建筑物桩基础的影响。对开挖引起的地面、建筑物角点的沉降规律做了分析与探讨,同时也分析了桩和底板的弯矩、轴力、剪力等变化规律,得出了有意义的结论。     

超大直径盾构近接既有建筑物桩基施工的影响分析

盾构在建筑物桩基下掘进时,将不可避免的对周边土层以及土层中的桩基产生一定的影响,进而威胁建筑物的稳定。本文依托深圳春风隧道侧穿既有建筑物桩基工程实践,采用有限元方法,分析了盾构隧道施工引起的邻近建筑物桩基位移,探讨了施工参数如掌子面支护力、注浆压力对地层沉降的影响规律,研究了袖阀管注浆加固隔离对控制桩基变形的效果,并根据数值分析结果提出明确的设计与施工建议措施。     

盾构隧道施工对邻近混凝土框架结构的影响分析

基于盾构施工对地层影响规律和现场实测资料,对因隧道下穿混凝土框架结构的变形、受力及其抵抗差异变形的能力进行了分析。研究表明:框架结构基础沉降较大的柱体承受上部荷载会减小,甚至出现拉力状况,相邻柱的轴压力和弯矩增大,横梁弯矩增大;对于老旧建筑物,配筋较少,对差异变形敏感,抵抗差异变形能力差;通过数值模拟计算得出不同工况下差异沉降,当单柱总沉降小于2 mm,差异沉降率小于0.35 mm/m时,盾构施工对建筑物影响较小,安全风险可控,并以此为安全风险控制指标指导施工;工程现场实测单柱最大沉降1.14 mm,柱间差异沉降斜率为0.06~0.29 mm/m,二者均在风险控制指标范围内,地铁下穿过程中框架结构稳定性保持良好。     

盾构隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

经与离心试验结果对比分析,验证了应用数值模拟研究盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。通过采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立三维有限元数值模型,研究软土地区盾构隧道开挖对邻近桩基的影响规律。数值模拟结果表明,开挖导致群桩中前排桩变形及内力均大于后排桩,且同排桩水平位移、弯矩和轴力沿桩身分布几乎重合;与同位置单桩相比,群桩中各桩水平位移稍大,而沉降则更小;前排桩最大弯矩与同位置单桩相差不大,而后排桩最大弯矩稍大于同位置单桩,前、后排桩最大轴力均大于同位置单桩。     

隧道开挖对建筑桩基的沉降及内力影响

采用两阶段分析法分析隧道开挖对建筑物桩基的影响,具体论述了隧道开挖断面大小及隧道与桩基之间距离远近对于建筑物桩基沉降、轴力的影响,以期为有关的设计和施工提供参考。     

明挖隧道施工对下卧电力隧道结构影响安全性评估

为研究地铁明挖隧道施工过程对下卧电力隧道的影响,文章结合广州市轨道交通二十二号线某出入场线明挖隧道工程,采用MIDAS有限元软件建立三维模型,模拟分析明挖隧道施工过程中对电力隧道区间的受力与变形,对明挖隧道施工过程中该电力隧道的安全性进行评估,结果表明:预测电力隧道的最大竖向位移为20.93 mm;电力隧道结构的轴力及弯矩均满足规范要求,认为该明挖隧道的施工过程不会危及电力隧道的结构安全.研究结论可为以后类似工程提供设计经验,为实际施工提供技术指导.     

围岩蠕变对隧道下穿建筑物施工变形的影响

为研究考虑岩体蠕变时隧道下穿建筑物施工引起围岩和建筑物的变形规律及特点,结合同茂隧道下穿地表复杂建筑群的工程实践,以隧道下穿6号楼为例,分别进行了围岩弹塑性和考虑其蠕变的粘弹塑性数值模拟研究。对比分析两种计算结果发现,岩体蠕变显著增大了建筑物桩基础的沉降和水平位移,并改变了桩基础的沉降曲线形态和水平位移规律,进而改变了桩基础连梁的受力特征。此外,岩体蠕变扩大了上覆建筑物荷载对隧道的影响范围,改变了桩基础周围岩体塑性区的分布。     

上覆水平煤层采空区衬砌受荷模型试验研究

隧道近接上覆水平采空区地层施工易扩大上覆围岩松动范围,增大松动荷载,为探明隧道衬砌结构受荷特性,采用室内相似模型试验量测了上覆水平煤层采空区地层隧道二次衬砌结构内力(轴力、弯矩),分析了不同边界压力作用下位移、轴力和弯矩的变化情况和特定压力下间距对二次衬砌受力的影响。结果表明:上覆采空区对洞周位移和二衬内力造成了一定影响,采空区底板与隧道间距越小,位移越大,当竖向压力为1000 k Pa时,与无采空区工况相比,0.5D工况最大位移增加93.73%,1.0D工况增加27.90%;弯矩和轴力的增加越明显,当竖向压力为500 k Pa时,与无采空区工况相比,间距0.5D工况最大弯矩增加139.68%,间距1.0D工况最大弯矩增加34.39%,采空区的存在导致轴力分布形态变化较大,间距0.5D工况平均轴力增加78.39%,间距1.0D工况平均轴力增加37.81%;最大偏心距出现在仰拱部位,承载能力相对较低,是隧道主体结构的薄弱环节;二次衬砌仰拱位置最先开裂,煤层采空区对裂缝展开顺序有一定影响。     

Behavior of Ground and Response of Existing Foundation Due to Tunneling

An apparatus has been developed to model the excavation of a tunnel in the laboratory. With this apparatus, 2D model tests are carried out to investigate the surface settlement and the earth pressure brought about by the tunneling. Finite element analyses using an elastoplastic subloading t_ij model are also conducted. The influence of volume loss on the surface settlement and the earth pressure, due to the shallow tunnelling, is illustrated based on the model tests and the corresponding numerical analyses. It is revealed that the surface settlement troughs and the earth pressure distributions around shallow tunnels depend on both the volume loss and the crown drift of the tunnel. The effect of the interaction between the tunneling and existing nearby foundations is also demonstrated in this paper. For existing foundations, the building loads control the surface settlements and the zone of deformation during the tunnel excavation. The behavior of the foundations depends on the deformation mechanism of the ground during the tunnel excavation. The induced axial force and bending moments in the piles of a piled raft are investigated numerically, and it is shown that the axial force changes due to the stress relaxation of the ground. Bending moments are induced in the piles at a lower value of soil cover due to the differential settlement of the piled raft.     

边载作用下隔离桩隔离效果的影响因素研究

以港珠澳大桥海底沉管隧道基础沉降控制研究为科研背景,为研究岛头边载作用下隔离桩隔离效果的影响因素,进行了8组室内模型试验,分别研究了隔离桩桩长、桩径、桩间距及隔离桩距减沉桩距离S₁等因素对隔离效果的影响。试验结果表明：减沉桩桩身最大轴力、弯矩随隔离桩桩长的增加而减小,并且当隔离桩桩长达到所需的嵌固深度时,对弯矩的隔离效果非常显著;隔离桩桩径的增加或桩间距的减小不仅提高隔离桩对竖向变形的隔断能力,同时也使得隔离桩之间土拱效应增强,减沉桩桩身最大轴力、弯矩随着隔离桩桩径的增加而减小,随隔离桩桩间距的减小而减小,同时,当隔离桩桩间距达到8D时,对轴力与弯矩的隔离效果可以忽略不计;减沉桩桩身最大轴力随S₁的减小而减小,而S₁的变化对弯矩的隔离效果影响不显著;研究成果可为隔离桩的应用提供较好的参考。     

盾构隧道施工对已建平行隧道变形和附加内力的影响研究

以盾构隧道装配式衬砌结构为研究对象,引入各向刚度不等的连续材料模型,按变形等效原则对不连续的隧道结构横向和纵向的刚度分别进行了等效折减,采用室内相似模型试验和三维有限元数值分析相结合的手段,以广州地铁三号线大沥区间盾构隧道工程为背景,对新建隧道施工所引起的已建平行隧道纵向变位、纵向附加轴力和弯矩、横向变形、横向附加轴力和弯矩进行深入研究,探讨和揭示围岩条件,隧道净距,顶推力等因素对已建平行隧道的变形和附加内力分布变化规律的影响.研究结果表明,新建盾构隧道施工所引起的已建隧道的影响主要集中于邻近新建隧道侧的拱腰附近,在软弱地层保持一定的隧道净距是必要的,盾构顶推力需控制在一定范围内,具体视围岩、净距以及可能造成的位移、相对变形和附加内力情况而定.     

轴力和弯矩共同作用下盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度研究

实际工程中,盾构隧道纵向弯矩和轴力可能同时存在,若按传统的纯弯等效抗弯刚度计算可能会带来较大误差。考虑轴力和弯矩共同作用对纵向弯曲变形的影响,提出5种弯曲模式,在经典的志波模型的基础上,建立盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算模型,基于该模型开发了计算程序,以成都地铁3号线盾构隧道为实例,对其纵向等效抗弯刚度和管环张开量随轴力和弯矩的发展规律进行分析,并讨论弯曲模式的实用判别方法,求出变形过程的临界弯矩,最后给出纵向弯曲变形为线性和非线性的内力条件。研究发现:盾构隧道纵向变形随弯矩的发展过程可按轴力分为4类,各过程下管环张开量和等效抗弯刚度随弯矩的发展规律十分不同;轴力对等效抗弯刚度有显著影响,一般呈现压弯纯弯拉弯的规律。研究成果可应用于盾构隧道结构纵向力学分析、抗弯刚度分析等方面。     

不同地质条件下盾构隧道受力变形特性研究

针对天津滨海地区盾构隧道衬砌结构,采用大型有限元软件ABAQUS建立三维地层-结构模型,考虑隧道管片材料非线性特征,利用混凝土材料的塑性损伤本构模型,研究地层和隧道结构相互作用后隧道管片结构内力分布与变形特征,以及隧道管片受拉和受压损伤情况。最后,研究不同地质条件和超载作用对隧道管片结构的影响。数值分析结果表明：隧道管环横截面变形表现为水平向外扩张、竖向压缩的特点,呈现“横鸭蛋”形状;隧道管环拱顶轴压力最小,拱腰轴压力最大;管片外侧受拉时最大弯矩位于拱腰,内侧受拉时最大弯矩位于拱顶;受拉和受压损伤分布均集中在拱底附近,其中管环受压损伤面积比受拉损伤面积大;地质条件越好,变形随轴线方向变化越均匀,轴力和弯矩、隧道结构竖向位移、横截面收敛变形,以及管环损伤面积与损伤程度越小。研究结果以期为进一步探讨隧道衬砌结构的变形性能与损伤分布提供参考。     

考虑衬砌接头的土-盾构隧道有限元模型初探

本文作者详细推导了由梁单元和衬砌接头单元组成的混合单元的刚度矩阵,形成了考虑衬砌拉头的土－盾构隧道有限元模型。利用有限元法计算了考虑衬砌接头和不考虑衬砌接头两种情况下衬砌的内力和衬砌的变形。由计算可知,衬砌接头对衬砌的轴力和位移影响相对较小,但对衬砌的弯矩影响较大,因此在盾构隧道的抗震设计中必须考虑衬砌接头的影响,否则将使设计趋于保守。