基坑开挖卸荷引起下卧隧道隆起的计算方法

目前越来越多的基坑工程位于已建地铁隧道之上,近距离基坑开挖土体卸荷势必引起隧道的隆起,因此如何预测隧道变形、确保隧道使用安全日趋重要。本文以上海东方路下立交工程为背景,由Mindlin经典理论解推导出由于开挖卸荷引起隧道结构的附加应力,进而通过弹性地基梁理论求算隧道隆起的定量计算方法。并根据此方法求得隧道最大隆起值,与实测结果对比分析,得出结论。     

软土地下工程与深基坑研究进展

针对当前国内外软土地下工程研究现状进行系统概括和评述,重点探讨深基坑和盾构隧道两种典型地下工程涉及的关键土工问题。其一是复杂地质及环境条件下软土基坑工程的分析方法与新技术,包括基坑围护结构受力分析、基坑抗隆起稳定性分析、渗流对基坑稳定性的影响、深基坑工程中的冗余度问题、软土基坑工程的新技术;其二是软土隧道工程的稳定与变形问题,包括隧道开挖面稳定性分析、渗流对隧道开挖面稳定性的影响、隧道纵向不均匀沉降与长期沉降、隧道地震响应分析与动力模型试验;最后是软土地下工程施工的环境土工效应,包括基坑开挖引起的土体变形、隧道开挖引起的土体变形、地下工程开挖对周围环境的影响。     

考虑空间效应的基坑开挖对邻近隧道影响分析

基坑开挖引起的围护结构变形将引起周边土体的卸荷,而土体卸荷将会对邻近隧道附加变形及内力产生不利影响。考虑围护结构变形的空间效应,建立了基于基坑侧壁位移影响的三维土压力卸载计算模型,并借助Mindlin解得到了基坑开挖卸荷在隧道轴线处引起的附加应力。考虑地基土体变形连续性,将隧道视为置于Pasternak地基的Euler-Bernoulli梁,得到了隧道附加变形的受力响应。将基坑开挖引起的附加荷载施加于邻近隧道,得到了考虑空间效应的基坑开挖诱发邻近隧道附加变形的理论计算方法。通过与已有案例的对比分析,验证了本文方法的可靠性。进一步分析了围护墙最大变形、隧道与基坑边距离及地基模量等因素的影响规律,结果表明：围护墙最大变形的增大会进一步增加隧道的变形及内力,而隧道与基坑边距离及地基模量的增加,则会减小隧道的附加变形及内力。     

基坑开挖诱发下卧盾构隧道纵向非线性变形研究EI北大核心CSCD

目前预测基坑开挖诱发下卧盾构隧道纵向变形的简化计算方法大多采用弹性地基模型考虑隧道–地基的相互作用,无法进一步反映土体非线性变形特征。通过引入非线性Pasternak地基模型考虑隧道–地基的非线性相互作用,推导得到基坑卸载下盾构隧道纵向变形控制微分方程。通过有限差分法将隧道纵向变形控制微分方程转化为矩阵–向量形式,利用牛顿迭代法求解得到基坑卸载下盾构隧道纵向变形的数值解答。通过与三维有限元算例和2个工程案例进行对比分析,验证所提方法的合理性和适用性。研究表明:当基坑开挖引起盾构隧道纵向隆起量较小时,基于Winkler和Pasternak弹性地基模型的简化计算方法与所提方法均能较好地预测隧道纵向隆起位移量;而当基坑开挖引起盾构隧道纵向隆起位移较大时,基于Winkler和Pasternak弹性地基模型的简化计算方法明显低估盾构隧道的隆起量,而采用非线性Pasternak地基模型预测计算方法则提供更加可靠的预测结果。     

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.     

地面堆载作用下黏弹性地层盾构施工诱发土体响应时域解

目前针对软土地层盾构施工诱发周围土体变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,较少考虑黏弹性土体的流变特性,也较少考虑地表堆载给盾构隧道施工所带来的影响.从地基黏弹性角度出发,引入隧道洞周的椭圆化收敛变形模式,采用复变函数理论并运用Laplace变换技术,提出了地表堆载作用下盾构隧道开挖引起的周围土体位移和应力的时域解.依...     

隧道上方土体开挖对软基隧道结构影响规律分析

依托苏州轨道交通1号线工程,采用数值计算研究隧道上方基坑开挖对隧道结构受力、变形的影响规律,收集了软土地区18个隧道上方基坑开挖的案例,从残余土体高度、施工措施等方面与数值计算结果进行了对比分析。结果表明:隧道上方基坑开挖主要影响隧道竖向位移,表现为隆起变形;随基坑开挖深度的增加,隧道竖向变形不断增加,轴力不断减小,弯矩先减小后增大;在不考虑加固的情况下,残余土体高度是影响隧道竖向位移的重要因素,随着残余土体高度的增加,隧道竖向位移呈指数型下降;三轴搅拌桩加固、抗拔桩、分块施工是较为有效的隧道抗隆起措施。     

基坑施工对下卧地铁隧道上抬变形影响的简化理论分析

为了合理地分析基坑施工对下卧已建地铁隧道上抬变形的影响,首先,将软土地基考虑为三参量H-K黏–弹性体,推导了自由边界半无限黏–弹性空间体在内部集中荷载作用下的Mindlin时域解,并采用积分、叠加的方法,提出了一种用于计算基坑开挖及工程降水所引起的邻近隧道附加应力的方法;然后,将已建隧道视为Pasternak黏–弹性地基上的欧拉伯努利长梁,建立了隧道在附加荷载作用下的平衡微分方程,求得了隧道纵向附加变形和内力的表达式;最后,将所提方法运用于某近接既有地铁隧道的基坑工程中,并与三维数值模拟流变分析结果和现场实测结果进行了对比分析。研究发现:提出方法能较好地反映软土隧道变形随时间的发展趋势;隧道纵向附加变形、曲率和弯矩的解析解与数值解基本一致,且上抬变形的解析解与实测值能较好地吻合;成果可为基坑施工对邻近隧道的影响分析及保护措施的制定提供一定的理论依据。     

地面堆载作用下黏弹性地层盾构施工诱发土体响应时域解

目前针对软土地层盾构施工诱发周围土体变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,较少考虑黏弹性土体的流变特性,也较少考虑地表堆载给盾构隧道施工所带来的影响。从地基黏弹性角度出发,引入隧道洞周的椭圆化收敛变形模式,采用复变函数理论并运用Laplace变换技术,提出了地表堆载作用下盾构隧道开挖引起的周围土体位移和应力的时域解。依托相关工程监测数据与简化时域解对比,得到了较好的一致性。研究结果表明:所得出的时域解能较好地反映地表堆载作用下盾构隧道开挖对周围土体位移场的影响,以及地层变形随时间的发展趋势。在地表堆载影响下,随着时间推移,开挖引起的地层变形不断增加,沉降速率则呈现出逐渐衰弱直至为零规律,而堆载突变导致其地表沉降值尤其沉降速率变化显著。研究成果对黏性地层密集堆载群范围内的隧道施工控制具有一定理论指导意义。     

软土地区深基坑工程存在的变形与稳定问题及其控制——软土地区深基坑坑底隆起变形问题

目前常用的弹性抗力法在计算基坑开挖引起的变形时,只能考虑围护桩(墙)在土压力作用下产生的变形,没有反映软土中深基坑开挖的坑底隆起变形及其引起的围护桩(墙)变形和坑外土体沉降.已有的实测结果表明,软土桩深基坑开挖产生的坑底隆起变形及其引起的支护结构和土体的附加变形较为显著,因此,软土中的深开挖引起的隆起变形及其工程效应不容忽视,并应采取针对性措施予以控制.     

流变岩体中既有隧道与新建平行隧道相互影响的理论解

在流变岩体中进行隧道施工时,既有隧道与新建隧道的相互作用将使围岩应力、位移分布与单隧道问题有明显不同,且与时间相关。针对黏弹性岩体中深埋双圆形隧洞考虑施工顺序问题,用复变函数方法、Laplace变换、黏弹性叠加关系导出两隧道周边开挖增量位移和应力场的求解方法和理论解答,并与有限元解进行了比对。根据解答分析了既有和新建隧道孔边增量位移与全应力分布特点;隧道周边增量位移随时间的变化;周边位移随隧道间距的变化规律。可用于黏弹性岩体中双圆形隧道顺序开挖的施工分析。相比数值方法,理论解可更方便地进行参数分析和初步设计。     

锚固围岩流变特性与隧道衬砌压力演化规律研究

安装锚杆是解决软岩隧道大变形的有效手段之一。为进一步探讨锚杆对隧道的支护效用,本文基于Burgers模型,建立了可描述锚固岩体流变特征的宏观力学模型。以围岩-锚杆耦合模型为基础,推导了在锚杆支护作用下隧道位移和衬砌压力的解析解。并利用数值模拟,验证了理论解答的可靠性。通过对锚杆参数的分析表明:锚杆的安装能有效地减小由于围岩流变导致的作用在衬砌上的形变压力与隧道位移。锚杆的支护效果与锚杆的参数密切相关。在锚杆参数值处于较小水平时,随着锚杆参数的增大,衬砌受力状态的改善效果十分显著;但当参数达到一定值后,这种改善效果的加强越来越不明显。因此,在隧道支护中,锚杆的设计参数存在最优值。     

城市道路隧道空气温度计算方法

城市道路隧道空气温度与隧道长度、交通量、通风方式、风速、隧道与地层换热条件等因素相关。在对隧道周边地层的温度场进行分析的基础上,建立了道路隧道内空气换热模型,并对地层与空气间的换热量、汽车散热量、隧道内灯具散热量计算方法进行了分析,推导出了隧道内空气温度的解析解。按照本文推导出的隧道内空气温度计算方法,对武汉长江隧道内空气温度进行了计算,经与实测温度对比,计算结果与实测温度基本吻合。     

重庆中梁山歇马隧道非稳定涌水量解析计算

利用解析公式计算是预测隧道涌水量的常规方法,目前的解析算法以稳定流居多,而考虑隧道开挖过程的非稳定涌水量的解析解并不多见。介绍了Perrochet等人提出的解析公式,该公式利用了卷积积分与叠加原理,可计算隧道在产状近垂直的多层非均质地层中开挖时的非稳定涌水量。在重庆中梁山歇马隧道开挖施工期间,积累了较丰富的涌水量监测数据,隧道的进口段满足公式的适用条件,根据开挖进程对隧道进口段进行了分段。非稳定涌水量解析计算结果表明,该公式较好地反映了隧道在非均质地层中开挖时,累积涌水量的时空变化趋势,可将其应用于水文地质条件类似的隧道工程涌水量计算中。     

水下双线平行隧道渗流场解析研究

目前对于水下单线隧道渗流场的研究已取得了一定的进展,但是对于双线平行隧道则鲜有研究。基于达西定律以及质量守恒定律,采用保角变换法和叠加法对双线平行隧道稳态渗流场进行了推导,获得该问题的水头分布以及隧道涌水量的解析解。采用数值软件COMSOL对本文解析解进行验证,发现两者拥有较好的吻合度。结合算例,讨论了隧道间距对双线平行隧道渗流场、衬砌外围水头分布形态以及隧道涌水量的影响。发现将双线隧道简化为单线隧道进行分析,将会高估隧道周围水头以及隧道涌水量,并且这一现象随着隧道间距的减小而愈发明显。     

下穿施工影响下既有隧道和地层的位移解析解

在既有隧道下进行浅埋隧道开挖会引起地层产生位移,继而导致既有隧道变形。由于既有隧道与地层刚度差别巨大,常规的解析法无法计算存在不同刚度的地层位移场。基于镜像法,采用当层法对既有隧道刚度进行等效,建立综合考虑新建隧道-岩土体-既有隧道三者相互作用的计算模型。以北京地铁10号线国贸站-双井站区间下穿既有1号线区间工程为例,采用该计算方法,研究新建隧道下穿施工对地层及既有隧道的影响。研究表明,计算结果与实测变形吻合较好,解析解能很好的解释既有隧道对地层变形的阻隔和扩散作用。研究成果为下穿施工引起的既有隧道及地层沉降计算提供了一种新的解析方法。     

盾构法隧道开挖面极限支护压力研究

盾构法隧道施工中,通过在开挖面施加与原始地应力相等的支护压力来预防开挖引起地层变位较大或开挖面失稳,但是由于地层条件和施工等因素的影响,使得开挖面支护压力的设定和控制较为困难,合理的确定开挖面支护压力是盾构掘进施工中一项关键技术,开挖面支护压力大小的控制应该保证不至于压力过低发生开挖面坍塌,同时又不能压力过大而发生隆起破坏,因此目前开挖面支护压力研究中很大部分研究侧重于开挖面极限支护压力的确定。随着计算机技术的发展,数值模拟计算可以模拟盾构法复杂的地下开挖施工过程。文章采用数值模拟方法,研究了地下水位和土层参数对开挖面极限支护压力的影响,给出了合理的开挖面支护压力,并结合一工程实例进行了分析,得出了一些有用的结论,对盾构法隧道施工中合理的确定支护压力的大小具有一定的指导作用。     

岩溶隧道的施工技术及管棚在施工中的应用

结合某隧道工程的基本概况及自然条件，介绍了岩溶隧道的工程特点和施工难点，并对隧道施工方法、施工工艺、质量控制要点以及安全及环保措施进行了重点阐述，通过实践证明了管棚施工方法的可行性。     

天古崖隧道设计

根据天古崖隧道地处寒冷地区、邻近水库及溶洞发育等特点，详细介绍了本隧道在衬砌防排水、溶洞处理等方面的设计，总结了设计中的有关处理措施及建议。     

牛角湾隧道洞口坍塌处理

以炎汝高速牛角湾隧道出口洞口浅埋段坍塌事故为背景,全面分析了该隧道塌方形成的原因,提出针对性处理方案;并提出了在软弱围岩处,如何进行连拱隧道洞口施工,防止洞口塌方的各项预防和施工措施,对这次洞口塌方的经验进行了总结,为后续同类软弱围岩洞口施工提供指导。