地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能研究

为研究地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域基坑工程为例,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究埋入式隔离桩的支护体系地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并分析埋入式隔离桩、常规隔离桩和无隔离桩支护体系对既有隧道变形和围土压力的影响。研究结果表明： 侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,水平位移远大于竖向位移,隧道整体在水平和竖向存在不均匀位移,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;加入隔离桩的支护体系相比无埋入式隔离桩的支护体系能使盾构隧道水平位移有效减小,竖向位移发生轻微上浮,盾构隧道朝基坑方向的扭转趋势能得到有效控制;埋入式隔离桩和常规隔离桩的隔离效果基本相同,针对地铁隧道这样的地下结构,全长常规隔离桩桩身接近地表的部分对控制隧道变形没有太大帮助,在实际工程中可以采用埋入式隔离桩,减少桩身长度,降低施工成本;侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道初始土压力呈“葫芦形”分布;基坑开挖卸荷和基坑加载完成过程中,隧道土压力轴向对称位置发生偏转,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;埋入式隔离桩能起到与常规隔离桩相同的隔离效果,并能有效降低隧道周围土压力。     

共用地下连续墙深基坑影响下地铁车站与隧道节点变形分析

为了分析深基坑与地铁车站共用地下连续墙影响下车站和隧道连接节点的变形特性,保护地铁线路运营的整体安全,通过现场测试和数值模拟展开研究。根据上海地区深基坑与地铁车站共用地下连续墙工程实例的现场测试数据,分析了开挖施工过程中车站与地铁盾构隧道的竖向位移分布特征,并采用三维数值模型研究了共用地下连续墙深基坑开挖深度、相对位置对车站与隧道节点变形的影响,探讨了车站与隧道节点的曲率半径、相对弯曲的发展变化规律,并判断其安全状态。测试结果与数值分析均表明,车站与隧道节点变形比隧道最大沉降处更加不利;节点的曲率半径随基坑开挖深度的增加而减小,相对弯曲随基坑开挖深度的增加而增加;基坑与车站完全共用地下连续墙或远离隧道时,节点处的曲率半径相对较大。     

基坑分区开挖对邻近大直径越江隧道影响的数值模拟与现场实测分析

为研究基坑分区开挖对邻近越江隧道保护的有效性,以上海市西藏南路双线越江隧道附近绿谷一期基坑工程为依托,首先采用有限元法建立数值模型,分析基坑分区与不分区开挖对地下连续墙位移和既有越江隧道收敛变形的影响。然后根据现场监测数据,研究基坑分区开挖下既有越江隧道和地下连续墙的变形规律。结果表明： 1）采用分区开挖的方式,地下连续墙最大位移减小23.9%,邻近越江隧道最大竖向位移减小35.4%,分区开挖施工对距离较近隧道的保护效果更好; 2）对于面积较大的分区,其开挖导致的地下连续墙变形更大; 3）既有越江隧道在基坑施工过程中发生了斜向压扁的不规则收敛变形,地下连续墙最大水平位移对邻近隧道的收敛变形具有一定的预测作用。     

基坑开挖引起盾构隧道位移的控制措施研究

为了研究软土区深基坑施工对邻近既有盾构隧道变形影响及保护措施,以杭绍甬高速公路明挖隧道与杭州地铁1号线盾构隧道交叉节点工程为依托,采用有限元数值模拟方法,依次分析了采取不同工程措施后,盾构隧道主体结构的变形情况,并将计算最终位移变形量与实际监测位移结果进行了对比。结果表明:上方基坑开挖对下方盾构隧道的影响显著,在无任何辅助加固措施情况下,盾构隧道最大竖向变形量远超允许变形量;采用地基加固、抽条开挖、“门式框架”、及时反压等工程措施后,对盾构隧道竖向位移的控制作用显著;现场位移监测结果与数值模拟位移结果相吻合,表明本文提出的工程措施合理可行。     

杭州铁路东站西广场大基坑开挖对其下地铁盾构隧道的影响与控制

杭州铁路东站西广场地下室为2层的超大开发空间,位于已竣工的地铁区间盾构隧道的上方,影响范围约358 m,二者之间的垂直净距约6.73 m。为评价西广场地下空间约10 m深的基坑开挖施工工艺对地铁盾构隧道的影响,从而选择合理的基坑开挖方式,通过采用FLAC 3D大型岩土分析软件,模拟西广场基坑开挖分层分块施工工艺对地铁隧道的变形及受力性能的影响,得出分层分块开挖对下方盾构隧道不会造成破坏的结论,并提出地铁隧道的监控要求,监测结果表明分层分块基坑开挖工艺满足地铁隧道安全运营要求。     

地铁盾构施工对上覆平行雨污管道影响的试验和数值分析

为研究隧道盾构施工条件下上覆大直径雨污管线的变形和内力特征,以北京市某典型地铁隧道盾构工程为例,采用模型试验方法和数值模拟计算方法对管隧平行条件下盾构施工引发上覆雨污管线变形与内力过程进行研究与验证,同时对管隧竖向净距l和管隧横向间距d的变化进行研究。研究表明： 1）盾构隧道施工引起的上覆雨污管线沉降基本呈现平缓分布,需在施工时对管节接口处加密布设监测点,提高监测频率。2）管线顶部与底部均出现受拉状态,需对各管节采取抗拉防护措施。3）隧道和管线都处于类似地层并采用盾构施工时,l在6D范围内（D为隧道直径）、d在4D范围内为管线变形敏感区,管线应力随l和d的增加而减小。     

基坑支护结构变形对邻近地铁隧道的影响研究

对广州某深基坑开挖支护结构变形对邻近地铁隧道的影响进行了有限元模拟,并将模拟结果和实测结果进行了对比分析.结果表明:基坑支护结构的侧向位移,不仅对邻近地铁隧道产生侧向位移,也产生一定的竖向位移,而位移增量以竖向变形为主.运营地铁隧道的变形增量,随着新建基坑支护结构的变形增大而增大,隧道顶部的位移变化量比底部处的大,靠近基坑支护结构一侧的变形比远离基坑支护结构一侧的大.建议采取有效措施来控制深基坑支护结构的侧向变形,以防止引起既有地铁隧道竖向变形过大,确保地铁运营的安全.     

深厚淤泥区基坑开挖作用下临近地铁基坑的力学响应

为确保处于深厚淤泥区的临近地铁基坑在新建基坑开挖支护过程中的安全性.通过有限元软件建立精细的三维计算模型,计算分析地铁基坑对新建基坑开挖、支护的力学响应特征。研究结果表明:开挖完成后,地铁车站基坑位移呈现岀“鼓肚型”,符合连续墙加内支撑基坑支护型式一般的变形规律;新建基坑围护桩最大侧移为24.5 mm,竖向位移为6.54 mm,均小于围护桩位移控制值,说明新建基坑支护体系设计具备合理性;地铁车站基坑围护结构最大位移为12.16 mm,远小于一级基坑位移限值。同时发现其地下连续墙两侧的位移增量不同,右侧(靠近新建基坑一侧)地下连续墙位移增量较小。其原因是新建基坑开挖淤泥区使右侧地下连续墙所受的主动土压力减少。     

邻近深基坑工程地铁结构位移现场监测与数值模拟分析

以天津市某工程为背景,采用有限元分析方法,对地铁隧道管片和车站结构的位移进行计算,并与现场实测结果进行对比,以此来研究基坑开挖施工对地铁结构的影响。研究结果表明:基坑开挖过程中地铁结构产生了一定的水平和竖向位移,其中,隧道管片的位移大于车站主体结构的位移;数值模拟结果与现场实测数据变化趋势基本一致,数值比较接近,二期基坑顶板施工完毕时,隧道管片水平位移最大实测值和模拟值分别为-3.91,-4.97 mm,竖向位移分别为-3.02,-3.41 mm,模拟结果与实测数据均在变形控制标准之内;基坑开挖过程中,隧道管片水平和竖向位移均呈现出两端小、中间大的抛物线变化趋势,最大值出现在邻近基坑开挖侧隧道管片位移监测区段的中点处。     

综合管廊地基加固与远期盾构隧道修建的相互影响分析

随着地铁盾构隧道、城市隧道、城市地下综合管廊等的大量修建,新建隧道下穿/上跨既有隧道及其相互影响已成为隧道工程重点研究的内容之一。对于既有隧道,以往的研究主要集中在城市隧道或盾构隧道。城市地下综合管廊具有埋深浅、宽度小、壁厚薄的特点。因此,当其被双线盾构隧道下穿时,既有隧道结构的内力、地表沉降等也必然不同。基于汾湖站（苏州南站）综合管廊工程,采用MIDAS GTS NX软件建立了三维有限元模型,分析了管廊地基加固对远期地铁盾构隧道修建的影响及其相互作用,以地基加固长度和上下隧道净距作为变量,考虑了盾构机的掘进压、千斤顶推力和管片间的界面。研究结果表明：对于该工程项目,若远期盾构隧道下穿综合管廊,管廊地基加固对管片的内力无明显影响;当双线盾构隧道下穿后,较短长度的地基加固会增大既有管廊的轴力（拉力）;对于初始阶段地表沉降,地基加固均增大了X向（垂直管廊方向）、Y向（平行管廊方向）的沉降值,但显著减小了盾构隧道下穿后地表的隆起值。     

基于统一解的盾构隧道施工引起地下管线竖向位移计算

盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,当土体沉降和变形过大时,会对邻近地下管线产生危害。采用统一土体移动模型解计算盾构隧道施工引起的土体自由位移场,通过能量方法建立变分控制方程,得到盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法,将计算结果与刘晓强方法计算结果及实测数据进行对比,并分析土质条件、管线轴线埋深、管线材质等因素对管线竖向位移的影响。结果表明:与刘晓强方法相比,基于统一解的能量变分法计算结果与实测值更加吻合;双线盾构隧道施工引起的管线竖向位移在两隧道中轴线两侧呈不对称分布;不同土质条件对管线的竖向位移和沉降槽宽度有较大影响,而不同管线埋深、材质的影响较小。     

基坑开挖对某既有隧道的变形影响数值分析

结合实际案例，利用FLAC3D有限差分法程序软件包对建筑基坑临近某既有隧道的施工进行数值仿真模拟、得出基坑开挖卸载会引起隧道发生向上的竖向位移及靠向基坑的水平位移。最大位移均出现在正对基坑开挖的隧道位置，且呈现距基坑水平距离越小，位移越大的特征。基坑开挖后，隧道最大竖向位移值为2.8 mm（竖直向上），最大水平位移为-0.4 mm（靠向基坑方向），其影响程度很小，属安全可控范围之内。     

隧道下穿引起地下管线竖向位移的计算方法研究

为建立盾构隧道正交下穿施工引起的管线变形计算理论,将既有管线视为连续长梁,结合横观各向同性条件下的小孔扩张理论,导出管线在下穿盾构隧道施工作用下的竖向位移计算式。结合工程实例对该计算方法进行算例验证,并在此基础上定量分析管线竖向位移与各向异性参数、隧道外径、净距、管线抗弯刚度等因素的关系。结果表明： 1)管线最大竖向位移发生在下穿正交点处; 2)各向异性参数越大,对管线竖向位移的影响越显著; 3)净距在某一范围内时,管线竖向位移对其变化较敏感,超过此范围后管线竖向位移基本无变化; 4)盾构隧道外径、管线抗弯刚度对既有管线竖向位移也有一定的影响。     

基于冻结法的复合围护墙温度及受力变形特征分析

随着城市地下空间大力发展,既有隧道与新基坑的交叉位置通常会造成地下连续墙的不连续,引起地下水渗流、挡土能力不足等问题.以上海某地铁车站深基坑开挖工程为例,基于人工冻结法构造复合围护墙,实现加固土体和防水密封的双重效果.结合有限元分析方法模拟得到隧道周边土体温度分布情况,开展现场监测研究"冻结法+地下连续墙"复合围护墙的受力和变形特征.通过计算弯矩来评价冻胀对地下连续墙的不利影响,并提出墙体抵抗负弯矩的加固要求.     

上跨城轨段基坑开挖安全性模拟及施工控制

随着我国基建规模扩大,大量明挖基坑上跨既有地铁线路,基坑卸荷势必对下方地铁线路及支挡结构造成不利影响,评估基坑安全是施工面临的重要难题。文中以十字门隧道为依托,采用数值模拟的方法建立隧道-支护有限元模型,模拟隧道上浮量、管片裂缝和围护结构位移变形规律。研究结果表明:(1)珠机城轨结构上浮量及H形桩墙各个方向位移随基坑开挖深度加大而增加,但隧道竖向和水平位移均小于规范限值20 mm,隧道管片接缝张开量小于控制值3 mm;(2)基坑开挖后及时施做底板可有效阻止隧道管片上浮,且对管片有50%的回压作用;(3)采用MJS工法对坑底进行门式加固且分两仓开挖可有效控制坑底隆起。     

隧道预留超近距离地铁盾构穿越条件研究

结合上海市迎宾三路隧道需预留超近距离地铁盾构穿越工程实例,对该穿越节点基坑支护方案进行比选,采用了超短地下连续墙与长SMW工法桩相结合的基坑支护方案,并在设计中采取一系列综合措施,既预留了盾构顺利下穿条件,同时确保了隧道基坑施工及后期安全,对今后类似工程具有一定参考价值.     

双线盾构隧道施工对近接桥梁桩基的影响研究

以山西太原地铁2号线双线盾构隧道近距离穿越高架桥桩基为研究对象,建立三维有限元模型,考虑土仓压力、盾壳与土层的摩擦力、注浆压力的影响,模拟盾构隧道开挖掘进过程,分析桩基变形规律。结果表明:双线盾构隧道开挖完后,近接桩基承台发生的竖向位移为-3.21 mm;桩基竖向位移和垂直隧道开挖方向的水平位移,主要发生在隧道开挖距桩前10 m和桩后10 m之间,沿隧道开挖方向的水平位移,主要发生在隧道开挖至距桩前20 m和桩后20 m之间;垂直隧道开挖方向的水平位移和沿隧道开挖方向的水平位移最大值均出现在隧道掘进通过桩基过程中,分别达9.47 mm和-11.92 mm,均出现在隧道中心高度处;在隧道掘进过程中需采取桩基保护措施。     

车站基坑揭露断层带注浆加固效果数值模拟研究

为研究注浆对明挖基坑揭露断层带的加固效果,以南京地铁上元门车站基坑工程为背景,考虑基坑开挖过程中渗流场与围岩应力场的相互耦合作用,建立相应的有限元分析模型,对软弱破碎层、注浆加固带、基坑地下连续墙以及围岩所组成的耦合系统进行模拟,研究注浆加固前后围岩渗流场、位移场以及应力场的特征,最终获得基坑地下连续墙的水平位移、基坑外地表沉降、围岩塑性区分布、基坑内围岩变形以及基坑内涌水量变化规律。研究结果表明： 1）通过对基坑底部断层带的注浆加固,基坑侧向位移及基坑外地表沉降均得到有效控制,相比于注浆加固前,其最大水平位移和地表累计沉降量减小50%以上,满足工程要求; 2）基坑底部区域内塑性区范围明显减少,基坑外塑性区扩散也得到有效抑制; 3）基坑底部断层带注浆改变了渗流场分布,有效降低了基坑涌水量,基坑治理区域涌水量由最初的94 m3/h逐渐减小到4 m3/h,堵水率达96%; 4）注浆结束后现场钻孔取芯率达到75%~80%,开挖揭露大量劈裂作用形成的浆脉,验证了注浆可有效治理明挖基坑所揭露的软弱断层破碎带。     

西安地铁双线平行盾构隧道净距优化

为了探究双线平行盾构下穿古建筑时的合理净距取值,依托西安地铁4号线区间双线盾构下穿和平门城墙及护城河工程,通过建立三维弹塑性模型,对双线隧道在不同净距工况下地表沉降、围岩塑性应变及管片变形等规律进行分析。结果表明:双线盾构机械施工通过后,右线隧道轴线的地表沉降值大于左线隧道轴线地表沉降值;随着净距的增加,沉降槽宽度逐渐加宽,而地表沉降最大值有明显减小;管片位移整体受净距影响较小。研究成果可为黄土地区双线地铁隧道的净距优化提供理论参考。     

盾构隧道埋深对临近铁路桥梁的影响分析

为研究盾构隧道下穿临近铁路桥梁过程中隧道埋深对既有桥梁沉降变形及水平位移变化的影响,以武汉地铁3号线区间盾构穿越铁路桥梁工程为依托,利用有限元软件ANSYS对不同隧道埋深（2D、2.5D、3D（D为隧道直径））下桥梁的梁体结构、轨道线路及桩基位移等进行对比分析,并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大会引起桩基、梁体及钢轨等结构竖向位移的增大,当隧道埋深为18 m时,墩台最大沉降超过了限制值; 2）隧道埋深分别为12、15、18 m时,桥梁墩台及梁体结构均表现出以沉降为主的变形,而水平位移变化幅度较小; 3）在满足地表沉降限值的条件下可适当减少隧道埋深,以控制隧道开挖引起的上部桥梁、钢轨等结构物变形。