地铁隧道盾构法施工过程中地层变位的三维有限元模拟

在全面分析土压平衡式盾构施工过程中影响周围土体变形各主要因素的基础上，提出一种能够综合考虑各种因素的盾构施工三维非线性有限元模拟方法，通过对某地铁隧道盾构施工过程的模拟，分析了盾构推进过程中隧道周围及地表处土体的位移和变形以及横断面不同深度上的沉降分布规律，计算得到的隧道纵向地面沉降分布曲线与实测数据非常接近，计算结果表明所提出的盾构施工模拟方法是有效可行的。     

盾构施工引起的地表沉降分析

通过对由盾构施工引起的地表沉降进行了深入研究,对某地铁隧道盾构施工过程的数值模拟和经验公式计算,分析了盾构推进过程中地表处土体的位移和变形以及沉降分布规律,得出数值模拟的地铁隧道横向地面沉降分布曲线与实际沉降非常接近.     

盾构运动特性分析

盾构的推进是一个复杂的时变过程,很难用力学和数学的方法精确描述。通过对盾构推进时姿态变化的特性进行分析,提出了一种以一系列平衡状态来模拟盾构推进过程的方法,以平面有限元为例说明了该模拟方法的数值实现,并对一实例进行了计算,结果表明了该方法的有效性。     

盾构下穿多条铁路的沉降分析及安全评价

以某地铁盾构隧道下穿火车站多条铁路轨道为背景,对盾构施工时导致的铁路地表沉降监测数据进行了详细分析,得出了地表况降的规律,用数值模拟的方法对盾构下穿施工的过程进行了有限元计算,监测数据与数值模拟结果较为吻合;对不同施工工况下盾构的推进进行了模拟,分析了工况调整对地表沉降的影响规律;对盾构下穿铁路的影响进行了安全评价,提出了控制地表沉降的措施.研究可为同类工程提供借鉴.     

隧道施工过程的解析与数值结合方法

将解析与数值方法相结合，对双孔平行隧道施工过程这样一个单连通体与多连通体共存与转化的相互作用问题构造合理的半解析函数，从而使隧道施工的三维结构－介质相互作用时空问题在微机上的模拟得以实现。最后对双线盾构同向推进施工过程进行了数值模拟，旨在为今后的盾构施工提供参考。     

盾构隧道近距离侧穿桥桩沉降分析

以交通4号线坛子口站—丁公路南站区间盾构近距离侧穿桥桩为研究对象,通过精确计算土压力来模拟施加于盾构掌子面上压力,采取三维有限元对盾构过程进行了分析,模拟了双隧道侧穿顺序对桥桩及地表沉降影响。结果表明：隧道施工先后顺序对桥桩及地表沉降影响均较小,但双隧道同时侧穿引起桥桩沉降增加了45%。施工中先盾构右侧再盾构左侧隧道引起的桥桩最大沉降为1.78 mm,地面最大沉降量为3.77 mm,与模拟结果很接近,均小于设计允许值;数值模拟方法可以为盾构施工提供参考。     

双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测

结合中国第一条双圆隧道工程施工,对双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测方法进行了论述.文章以双圆盾构隧道区间施工为实例给出了双圆盾构推进过程中周围土体的变形、土压力、水压力变化的监测方法与测点布置方案,据此监测方案,可以详细监测与分析盾构推进过程中周围土体的地表变形、深层土体变形及土体中的土压力、水压力的变化,从而揭示盾构推进对周围的土体环境的扰动影响规律.     

不同地层条件泥水盾构开挖面失稳状态颗粒流模拟方法研究

采用颗粒流方法合理地模拟泥水盾构隧道掘进的全过程及对模拟结果的有效处理是一个难点。基于钱江隧道和上海长江隧道工程复杂地层条件,建立能全面反映盾构隧道掘进全过程的模拟实现方法,并在结果处理中采用细观尺度与宏观表象相结合方法,研究宏观现象下隐藏的细观机制,同时用定量的细观结构变化解释或预测宏观力学行为。研究结果表明：通过设计,颗粒流方法可合理并有效地模拟盾构推进过程中的开挖问题,即开挖量与土体的密实度及开挖面压力有关：当土颗粒刚度大于模拟开挖面的墙体单元刚度时,表示该压力下土体被开挖掉;反之,压力过小盾构机将停止掘进。研究成果在应用于背景工程中取得了良好的一致性,可为类似工程提供参考。     

软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多。盾构近距离穿越既有隧道的影响问题,比常规盾构施工的研究更为复杂。结合上海外滩通道盾构上穿越地铁 2 号线工程,采用离心模型试验与现场实测相结合的方法对盾构上穿越对周围地层及既有隧道的影响进行了研究。文中选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在国内首次实现了在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆过程,并分析了盾构上穿越施工引起的地层、新建隧道与既有隧道的纵向位移变化规律。通过现场实测数据分析了既有隧道在盾构上穿越过程中纵向变形与时程曲线的变化规律。     

双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测

结合中国第一条双圆隧道工程施工,对双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测方法进行了论述.文章以双圆盾构隧道区间施工为实例给出了双圆盾构推进过程中周围土体的变形、土压力、水压力变化的监测方法与测点布置方案,据此监测方案,可以详细监测与分析盾构推进过程中周围土体的地表变形、深层土体变形及土体中的土压力、水压力的变化,从而揭示盾构推进对周围的土体环境的扰动影响规律.     

地表超载作用下盾构隧道劣化机理与特性

对某软土地区地铁盾构隧道进行了调研与分析,发现盾构隧道在现有计算理论所允许的地表超载作用下极易发生横向变形超限,并引发管片纵缝接头破损与渗漏水,对此展开了模型试验、数值仿真及理论分析。研究表明:地表均布超载导致的隧道附加竖向土压力并不是均匀分布,且在隧道中心正上方一定范围内要大于地表均布超载;隧道的穿越土层越软弱,地表超载导致的隧道周围附加土压力对隧道结构抵抗横向变形越不利;隧道发生横椭圆变形过程中,管片纵缝接头是管片环中的最薄弱部位。最后提出了软土地区盾构隧道采用"刚性衬砌"的设计理念,并给出了加大管片纵缝接头强度与刚度的建议。     

盾构隧道穿越火车站股道风险分析及对策

以昆明市轨道交通首期工程环城南路站~昆明火车站站盾构区间隧道为背景,采用专家分析法和数值模拟法对其下穿昆明火车站股道的施工风险进行综合分析,并提出相应对策。结果表明,盾构隧道下穿股道时,股道的差异沉降和纵向不均匀沉降风险等级为极高,且股道纵向沉降在L=10 m弦量测的最大矢度值达到5.13 mm,股道间的差异沉降最大值4.13 mm,均超过4 mm的控制要求,需要采取纵向轨束梁吊轨加固、土体改良、优化盾构参数等一系列措施加以控制,以确保昆明火车站的运营安全。研究成果可应用于本工程的设计与施工,同时也可为将来其它类似工程提供借鉴,具有进一步推广的可能。     

地表堆载下盾构隧道纵向非线性变形简化解析解

既有盾构隧道在地表堆载下将会导致纵向不均匀沉降,威胁地铁列车的安全。目前地表堆载下盾构隧道的沉降预测方法没考虑到土体变形非线性的特点。基于所提的非线性地基模型,推导得到在地表堆载影响下盾构隧道纵向非线性变形简化解析解。地表堆载引起的隧道附加荷载通过Boussinesq解估算,通过连续梁模拟隧道的变形,推导得到在地表附加荷载下盾构隧道沉降的微分方程,引入有限差分法与Newton迭代法相互结合数值求解方法。通过三维有限元结果验证了其正确性,可以为在地表堆载下盾构隧道的沉降变形预测提供理论支持。     

潛盾隧道近接施工之影響評估及分析

以捷運潛盾隧道近接施工為案例,依實際施工監測結果,以数值分析探討不同位置及不同距離近接之影響,並依影響程度探討可行之保護對策,以提供爾後類似工程之參考。     

盾构下穿机场跑道的数值模拟研究

以上海地铁10号线空港一路-虹桥机场东站区间隧道工程为背景,结合现场检测数据及各项掘进参数,采用有限元分析软件建立了有限元模型。对盾构隧道下穿机场跑道施工过程进行数值分析,通过与实测结果的对比验证了模型的有效性。在此基础上对无飞机冲击荷载影响下的隧道开挖过程进行计算,得出了开挖过程中跑道及下部土层的沉降变化规律,并比较分析了跑道结构的存在对地表变形的影响。结果分析表明跑道结构的存在减少了开挖引起的地表沉降,同时分析了隧道开挖影响下机场跑道结构受力的最不利部位,为盾构实施穿越提供了重要依据。     

超载作用下软土盾构隧道横向变形机理及控制指标研究

隧道横向变形直接关系到结构安全,首先采用数值模拟方法研究了地面压载、土体侧向压力系数和土体抗力系数对隧道横向变形发展的影响,研究了隧道横向变形随压载的变化发展规律,建立了隧道直径变化和混凝土受力、螺栓受力以及接头张开量之间的关系,提出了以隧道直径变化作为隧道横向结构性态发展的判定指标;根据隧道横向变形发展规律,利用隧道结构变形发展过程中的结构几何特征,建立了隧道变形量发展的几何简易分析方法,利用该方法直接测量隧道直径变化就可以判定隧道变形状态,为隧道结构安全评价提供了十分简单有效的手段。     

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。     

盾构隧道地震响应的三维数值模拟方法及应用

在盾构隧道传统抗震分析方法基础上,针对上海一新建盾构越江隧道,提出以完全拟实仿真为特点的大规模盾构隧道地震响应的三维数值模拟方法,建立包括地基土、盾构隧道以及联络通道等多个对象在内的三维分析模型,整体的单元数和节点数均达到了4×106左右。模型考虑地基土的材料非线性,以及土体–隧道间、管片–管片间的接触非线性因素,最后利用动态显式算法及其关键技术进行基于高性能计算机的大规模地震响应分析。计算结果反映地基土–盾构隧道体系在地震荷载作用下的相互作用和变形,并对隧道衬砌结构中的管片应力以及连接螺栓的受力变化进行深入分析。     

地铁盾构隧道下穿建筑基础诱发地层变形研究

城市繁华地区地铁盾构隧道施工常需从建筑基础下穿越,如何确保上部建筑与隧道结构安全是施工中的难题。基于沉降预测理论及FLAC3D进行了地铁施工诱发地层环境损伤评估与控制设计STEAD系统的开发,以广州地铁区间隧道下穿某7层框架结构建筑为例,采用数值模拟研究了地铁盾构隧道穿越建筑基础诱发地层变形的空间效应问题,考虑了不同工况下隧道施工引起地层沉降对该建筑物的影响,采用本研究建议,盾构隧道成功穿越该建筑物,实测证实了变形空间效应研究的科学性与有效性。