考虑多地层相变的地铁联络通道三维冻结温度场数值模拟

地铁联络通道冻结法施工地层一般为多地层,各地层相变潜热具有差异性,尤其是富水卵砾石层差异较大,目前分析普遍考虑单一地层或极少数地层相变潜热,难以反映真实情况。依托南宁地铁联络通道冻结法施工工程,建立三维瞬态导热模型,并考虑多地层相变潜热,对联络通道的冻结温度场进行探究。结果表明,积极冻结约20 d,冻结圆柱逐渐增加并开始交圈;冻结43.22 d后,冻结帷幕的平均温度下降至-10℃以下。现场温度实测值与数值模拟结果温降趋势基本一致,与模型试验相差较远。     

不同加固方案下富水黄土隧道地层变形规律分析

以西安地铁5号线暗挖隧道为工程背景,采用降水加固与注浆加固2种地层加固措施,建立渗流-应力耦合数值计算模型,对富水黄土隧道地表沉降、洞周土体变形及力学效应进行了研究,并结合现场监测资料进行了验证。结果表明:降水加固隧道施工最大地表沉降是注浆加固的13.7倍,2种加固方案洞周土体变形规律一致,开挖10 d内变形值均达到稳定值的70%~80%左右;注浆加固下洞周土体均为压应力,降水加固开挖过程中在中隔壁及中隔板处土层出现拉应力;注浆加固下衬砌各部位受力均大于降水加固;降水加固塑性区极值是注浆加固的11.3倍,主要分布在两侧拱肩、拱腰及拱脚处;2种加固方案下地表沉降以及洞周土体变形的模拟值与监测值相近且变化规律基本一致。     

冻结工法在富集海水地层下地铁联络通道施工中的应用研究

海水成分复杂致使海域地层冻土力学特性及温度变化规律不同于淡水地层。基于海下隧道的修建逐渐增多且冻结法在海域环境中的应用少，开展了海域复杂环境下联络通道冻结施工温度场变化规律研究。依托国内首条海底地铁隧道———厦门轨道交通２号线，研究富集海水地层下地铁联络通道施工技术，通过对比分析了不同位置、不同深度测温孔温度分布特征，确定了“喇叭口”位置受隧道内部环境影响的范围，冻结帷幕内、外侧边缘冻结发展特点；对比深、浅测温孔数据表明泵站处冻结帷幕边缘温度沿冻结管轴向呈“Ｗ”形状分布，指出了可能存在包括两侧“喇叭口”和泵站位置中部在内的３处主要冻结薄弱区；对比分析了积极冻结期间３次不同时段、不同持续时间长度盐水温度回升对冻结加固效果的影响情况。研究成果揭示了海底隧道联络通道冻结温度场变化规律，对今后海底冻结施工具有重要的借鉴意义。     

玻璃纤维锚杆注浆加固掌子面效果研究

通过abaqus有限元方法模拟长江中下游地层和地质条件下破碎围岩浅埋隧道开挖过程,对加筋玻璃纤维锚杆注浆技术加固掌子面前后分别建立模型并进行对比分析强化结果,研究表明:玻璃纤维锚杆注浆加固能较大程度提高掌子面前方核心岩土体的黏聚力c、内摩擦角φ、弹性模量E和抗剪强度τ,加固后地表沉降减少了约20%,拱顶沉降量减少20%,掌子面纵向位移约30%,水平收敛减小10%,有效提高长江中下游地层和地质条件下破碎围岩浅埋隧道掌子面及其周围围岩的稳定性。     

越江隧道联络通道冻结法施工力学模拟分析

为直观了解冻土帷幕的力学特性,掌握隧道联络通道开挖过程对冻土帷幕的影响,保证开挖过程的安全,采用大型有限差分软件 FLAC ^3D ,对联络通道的开挖过程进行了数值模拟。从数值分析的角度对冻土帷幕的应力与变形进行了分析和安全评价,详细研究了冻土帷幕中应力与位移的分布情况,确定了冻土帷幕厚度设计安全值为 2.5 m （可以满足施工要求）,并指出了容易产生应力集中的位置为冻土帷幕与隧道接触部位。由于该部位在冻结过程中散热快,冻结效果差,所以施工中应该值得注意,同时也为今后的联络通道数值模拟与人工冻结法施工提供了参考。     

砂土地区浅埋非对称近接平行隧道施工地层位移分析

基于隧道开挖引起地表沉降经典Peck公式,考虑砂土地区浅埋非对称近接平行隧道不同开挖步序,研究隧道周围土体横向水平位移及工后地表沉降规律。根据沉降叠加原理,建立考虑隧道内径均匀收敛非对称近接平行隧道修正Peck公式,并进行影响因素讨论。结果表明:土体横向水平位移集中在横通道转正洞及大直径断面拱脚处;隧道施工后地表沉降主要发生在小断面区域;地表横向沉降模拟值与计算值二者吻合较好,随着隧道圆心距L的增大,土体横向沉降量逐渐减小并由正态分布转变为马鞍形;隧道埋深H越大,沉降越大;非对称隧道施工时先开挖小断面隧道优于先开挖大断面隧道。     

软流塑地层盾构交叠隧道控制措施研究

为研究在软流塑地层进行盾构交叠施工过程中隧道过度沉降以及突然失稳的控制措施。以南京地铁5号线三山街站—朝天宫站区间隧道交叠1号线工程为依托,使用数值模拟的方法,基于软流塑地层盾构施工难点以及盾构交叠施工对地表与既有隧道影响机理,根据控制手段与对象的不同,分别提出三种预加固措施：(1)内张钢圈法+洞内微扰动注浆+二次注浆加固(2)双层管棚+水泥土搅拌桩+袖阀管注浆加固(3)MJS工法加固,对其控制效果进行了对比分析,研究结果表明：三种控制措施的地表最大沉降值分别为5.11 mm、5.63 mm、8.38 mm,既有隧道最大沉降值分别为4.01 mm、6.67 mm、8.39 mm,方案(1)满足交叠工程沉降控制值;最后,结合最优比选方案的盾构交叠施工现场监测数据,进一步研究分析了盾构交叠施工对地表以及既有隧道的实际影响规律,对加固措施的控制效果进行了验证分析,得出了在施工过程中隧道的主要沉降区段和有效的控制措施,为此类研究提供依据,也为工程施工提供参考。     

超长联络通道冻结温度场发展规律及其对隧道变形的影响

为获得超长联络通道冻结过程对盾构隧道及周边地层的影响,以福州地铁2号线紫阳站—五里亭站区间冻结联络通道为工程背景,采用ANSYS有限元软件对长65.8 m的超长联络通道、盾构隧道及周边土层在双侧冻结过程中的温度场及位移场进行分析。结果表明:在积极冻结期前21 d,冻结管交叉区域的冻结壁扩散平均速率快,达到57 mm/d,后29 d平均速率只有27.6 mm/d;积极冻结期喇叭口附近区域存在宽10 m、高2.5 m的变形集中区,对地面产生变形影响最大;冻结对盾构隧道拱肩水平位移和拱脚竖向变形具有显著的影响,积极冻结期结束,拱肩的水平位移比盾构隧道右侧墙大85%,拱脚竖向位移比拱顶大45%。同时,结构变形及变形增长速率随冻结时间增加而增加。因此,建议应合理控制积极冻结时间及冻结方式,以确保建(构)筑物的安全。     

富水粉砂地层深基坑底部注浆加固数值模拟分析

以太原某地铁车站试验段的富水粉砂地层深基坑为依托,利用三维数值计算软件FLAC3D对该工程坑底加固、坑内降水及开挖进行模拟,并将数值计算结果与现场实测数据进行对比分析。结果表明:采用高压旋喷注浆联合双液注浆加固富水软弱地层基底,能够有效阻止坑外地下水向坑内渗流,基坑周边的地下水位在整个施工过程中变化很小。基坑开挖过程中,周边地表出现最大沉降的点距离地下连续墙5~10m,而且地表沉降最大影响范围未超过2倍开挖深度;地下连续墙变形在各开挖阶段均呈现中间大两端小的抛物线形式,最终产生的最大侧向位移为22.1mm,位于距离地表开挖深度的1/2~2/3处。提高土体的弹性模量能够显著地抑制坑底隆起变形,然而对坑外的地表沉降及地下连续墙水平位移影响并不大,因此在实际施工过程中,不能盲目增大水泥掺入量,以免造成浪费。     

双庆路电力隧道浅埋暗挖法施工地层变形三维数值模拟

结合双庆路电力隧道,通过建立三维弹塑性有限元模型,对浅埋暗挖法采用上下台阶预留核心土法进行隧道的开挖时地层变形进行ANSYS数值模拟。分析隧道开挖引起的水平位移、拱顶沉降、地表沉降以及地层内部位移的变形规律。提出相应的施工建议措施,为该工程设计和施工提供依据,为类似项目的设计和施工提供一定的参考。     

地铁地下区间废水泵房集水池设置研究

在软弱地层地区施工联络通道及废水泵房,无论采用地面加固还是冻结法,都会有较大的施工风险,尤其废水泵房的施工是高风险点。鉴于近期部分地区地铁区间施工事故的发生,明确不同条件下区间废水泵房集水池的设置原则,以减少后续施工的风险。在正常情况下应保证区间废水泵房集水池的有效容积;特殊情况下区间废水泵房集水池的有效容积进一步压缩;另外也可考虑采用一种新型的轨行区内置式泵房方案,将区间废水泵房设置在轨道下方区域。     

浅埋暗挖车站施工对周边建筑等环境变形的控制

为了研究城市复杂地质条件下的暗挖车站结构设计及施工对上部结构等周边环境的影响,以徐州地铁１号线车站为工程背景,通过数值模拟计算ＣＲＤ工法施工过程引起的隧道及地表沉降变形,同时基于隧道拱顶以及上部地表竖向位移监测数据,分析影响地表沉降因素,结果表明:当隧道开挖下穿已有上覆建筑结构时,上覆结构会明显抑制由隧道开挖引起的地表沉降量,约降低３０％ ～５０％;地表沉降达到稳定所需时间也有显著降低;在洞内采用ＣＲＤ工法分断面施工以减小对周边环境的变形影响,暗法隧道施工采取适当措施能有效控制地层沉降,对上部建筑结构和周边地层影响可以控制在允许范围内。     

盾构隧道下穿既有通道诱发沉降数值分析及现场监测

以南昌地铁2号线盾构隧道下穿某既有通道为研究背景,采用数值计算方法对盾构施工引起的地表和邻近结构沉降进行研究。首先分析不同施工阶段下盾构施工引起的地表及既有通道沉降,得出盾构施工引起的主要沉降范围及沉降规律;然后通过对加固前后既有通道底部沉降进行分析,研究加固措施的有效性;最后将数值计算与现场监测的数据对比,结果表明两者基本相符。研究结果可为类似工程提供一定的参考。     

富水砂性地层中地铁盾构下穿铁路施工引起的沉降分析

以富水砂性地质条件下某地铁区间盾构隧道下穿铁路施工工程为背景,研究下穿施工引起地 表沉降的规律。首先对Ｐｅｃｋ方程进行分析,提出地表差异沉降系数的概念,用于表征盾构施工引起的 地表最大差异沉降。然后利用数值模拟方法分析地层损失率、隧道埋深、地层加固等因素对铁路设施沉 降的影响规律。结果表明:地层损失率在０．５％ ～３．０％变化时,减小地层损失可以同时降低地表沉降 及差异沉降,控制地层损失率在１．０％以内,可满足铁路设施变形控制标准;增大隧道埋深可以降低地 表最大沉降量,同时可以降低地表最大差异沉降;对隧道周围土体注浆加固可以显著降低盾构下穿铁 路施工引起的铁路设施沉降。     

地铁联络通道冻结帷幕力学性能研究

为研究地铁联络通道施工安全性,结合地铁联络通道的实际受力特点,采用结构力学和ANSYS有限元软件对冻结帷幕进行计算,得到2种冻结帷幕的安全系数.结果表明,通道弯拉应力最大值为0.721 MPa,压应力最大值为0.779 MPa,剪应力最大值为0.617 MPa,最大位移为31.1 mm;泵站弯拉应力最大值为0.07 M...     

拔除高架桥桩施工对地层的扰动影响分析

拔桩施工需破除桩周的摩阻力,减少拔桩力,其力学机理十分复杂。依托上海市中山北路高架桥B32桥墩拔除工程,采用三维有限元数值模拟技术,建立了套管法拔桩施工过程的弹塑性有限元模型,分析了桩拔除引起的土体竖向位移随时间变化关系、拔桩地表沉降分布以及土体应力消散规律。研究表明当存在套管支护时,水平向应力分布较为平稳;当无套管支护时,在既有桩基一侧处将发生剧烈波动;拔桩施工结束后,附加应力均趋于稳定;由于桩基周围土体应力释放,当存在套管支护时,竖直向地表沉降分布平稳。     

上海某地铁隧道衬砌内力及沉降变形分析

依据上海市地铁15号线某区间岩土勘察所获得的地层资料,采用惯用法对地铁隧道衬砌内力进行计算与分析。针对地铁盾构施工引起的地表沉降问题,本文分别采用Peck公式计算、 FLAC3D软件模拟两种方法对上海地铁15号线某区间盾构隧道施工引起的地面沉降进行了计算与分析,得出了不同地层损失率及不同强度混凝土注浆支护下的地表沉降值,对国内地铁建设具有一定的指导与参考意义。     

冷冻法地层加固施工技术在地铁区间联络通道工程中的应用

结合郑州地铁丰庆路～文化路站区间实际情况及施工重难点,分析冷冻法地层加固施工技术在地铁区间联络通道工程中的施工要点及应用效果.结果表明:含水量较大的地层经过冷冻法加固后,具有良好的匀质性、自立性,不存在侧限抗压强度,渗透系数达标等优势,可为地铁区间联络通道工程施工提供良好的环境,值得大范围推广应用.     

不同施工工序对围护结构及周边环境的影响

为了深入研究在不同施工工序下基坑开挖对基坑围护结构的内力和位移及周边环境的影响,运用岩土有限元软件Midas GTS分别模拟了广州某采用桩-锚索支护的高层建筑基坑在不同施工工序下的开挖过程,以及在进行底板施工时不对称堆载对基坑的影响,从而得到了基坑围护结构内力、变形及地表沉降的分布规律。计算分析结果表明:不合理的施工工序对基坑围护结构的内力和位移及地表沉降产生了较大影响,尤其是围护结构水平位移及地表沉降,这使得基坑的稳定性处于不利的状态;该基坑在锚索及时发挥作用比不及时发挥情况下,桩体最大弯矩减少率≥41.77%,地表沉降减少率≥32.75%;基坑底部不均匀堆载使得左、右侧桩体最大弯矩相差＞5%,桩体水平位移相差＞10%。研究结果将有助于提高深基坑设计水平,为类似工程的设计、施工和研究提供必要的参考。     

冻结水泥土桩法在端头加固中的数值模拟研究

针对高埋深富水砂性土层盾构隧道施工中土体的加固困难,提出了一种采用冻结水泥土桩法对端头进行加固的方法,并以某引水隧洞工程为例,基于FLAC 3D模拟分析了冻结水泥土桩法加固后的盾构始发端头土体的位移变化。研究表明,-5、-10、-15、-20℃等4种冻结工况下,洞门凿除后掌子面土体纵向最大位移和塑性区面积均较小,土体稳定性较好,且变形明显减小的转折点在-5～-10℃之间。对比传统的常温水泥土桩加固,洞门凿除后掌子面土体纵向最大位移减小97%,说明采用冻结水泥土桩法相比传统方法加固效果大大提升。冻结水泥土桩加固后,盾构穿过加固区后的隧道拱顶向上的土体位移很小,表明冻结后加固区土体的强度增大,大大提高了盾构开挖后周围土体的稳定性。