基于Trapdoor试验的双线隧道地表沉降预测公式探讨

城市隧道开挖引起的地层扰动不可避免。为了探讨双线隧道间相互影响以及可靠的地表沉降预测方法,利用课题组开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)模型试验装置和钢棒相似土构建二维试验条件,通过沉陷门下沉模拟隧道开挖变形。先通过单Trapdoor试验获取表面沉降曲线,拟合得到单线隧道开挖地面沉降Peck公式参数。再进行双Trapdoor试验,利用单Trapdoor参数叠加得到双线隧道地表变形,并与双Trapdoor模型试验结果进行对比。结果反映,在埋深较大、隧道间距较小的情况下,沉降曲线较早的由双峰形态过渡到单峰形态,从而利用模型试验数据划分了两种形态的大致范围。引入了峰值修正系数和间距影响系数对叠加公式进行修正,建立了基于模型试验数据的双线隧道地表沉降叠加修正公式。     

地铁双线隧道开挖地表沉降规律及计算方法研究

应用数值模拟方法,结合现场实测数据,对上软下硬地层中,双线隧道施工诱发地表沉降规律及其计算方法进行了研究。研究结果显示:双线隧道施工完成后,地表横向沉降曲线呈非对称分布,先行隧道上方的地表沉降量大于后行隧道上方的地表沉降量;双线隧道错距施工过程中,地表沉降曲线最大值位置由先行隧道上方逐步向后行隧道上方移动,沉降变形主要发生在后行隧道穿越监测断面之前。数值模拟正交试验结果显示,隧道埋深和隧道间距对施工过程中地表沉降影响较大,设计过程中,应充分考虑隧道埋深及隧道间距对地表沉降产生的影响。正交试验结果的非线性拟合分析结果显示,双线隧道施工诱发地表沉降计算公式中的i值与隧道开挖顺序无关,最大沉降量比γ直随隧道间距增加而轻微减小,当开挖错距在隧道开挖纵向影响范围内时,γ值变化不大。引入参数γ对双线隧道开挖地表沉降计算公式进行改进,并将改进后的地表沉降计算结果与实测结果进行对比,验证了该计算公式的正确性。     

大间距双线地铁隧道矿山法施工引发地表沉降的规律

目前绝大多数地铁区间隧道中,常常在同一埋深地层平行修建两条隧道。在两隧道开挖影响交叉区内,将导致较大的叠加地表沉降,沉降预测更加困难。文章利用数值模拟方法,结合实测数据及peck修正公式对大间距双线地铁隧道矿山法施工引起的地表沉降进行研究,得到一些规律：在两隧道开挖影响范围交叉区域内,地表沉降会相互叠加;大间距条件下隧道施工的先后顺序对地表最大沉降的影响很小,可以用peck公式来预测地表最大沉降,但预测地表沉降时,需对公式作出修正。     

北京地区浅埋隧道开挖引起地表沉降的研究

研究浅埋区间隧道开挖引起的地表沉降对维护施工安全、降低施工风险具有十分重要的实际意义,但目前广泛应用的Peck公式对浅埋区间隧道的适用性较差。本文以北京地铁14号线与7号线10个地铁区间工程为背景,基于叠加原理,研究适合于浅埋双线隧道的叠加Peck公式的应用;通过对大量现场监控量测数据进行位移反分析,得到适用叠加公式的区间隧道埋深范围;总结北京地区黏性土与砂性土互层的特定地质条件下浅埋双线隧道开挖引起的沉降槽宽度参数K和地层损失率Vl的取值范围;通过实际工程的验证,证明所研究的沉降公式的有效性与可靠性,结果可为北京地区后续的地铁建设提供参考和依据。     

平行隧道开挖引起场地沉降的透明土模型试验研究（英文）

为了便捷现代城市交通,地铁系统普遍采用平行隧道模式。平行隧道开挖引起的场地沉降预测一般基于单一隧道工况,利用简化叠加法生成变形剖面,而没有考虑两个隧道之间的相互作用。采用透明土模型试验技术,自主研发平行隧道模型试验装置及试验方法,研究了在砂质场地上开挖平行隧道引起的地表和地层沉降特性。通过模型试验探索了平行隧道间距、土体损失率、埋深等要素对地表和地表沉降的影响规律。在此基础上,量化了土体损失率和场地沉降值间的数值关系。此数值关系可为砂质场地中平行隧道施工与设计提供参考依据,也为隧道间距初选以及埋深的初步确定提供理论支撑。     

节理岩体对盾构开挖稳定性和地层损失率的影响

为研究节理岩体对盾构隧道开挖稳定性和地层损失率的影响,以南昌某盾构隧道为研究对象,采用离散元软件UDEC建立数值模型,分析节理倾角对围岩变形和地表沉降的影响规律,通过拟合得到地层损失率,并将模拟值与实测值进行对比,研究节理间距、盾构隧道间距以及隧道埋深对地表沉降的影响规律。研究结果表明：盾构隧道围岩在节理面产生较大位移,节理倾角的存在导致隧道围岩产生偏压现象,节理倾角为60°、90°时容易失稳;当节理倾角为60°时,地表沉降取得最大值,当节理倾角为45°时,地表沉降取得最小值。通过拟合Peck曲线可知,该工程区段的地层损失率范围为0.658%～0.896%;地表沉降值与隧道埋深、隧道间距以及节理间距均成负相关。     

软土灰岩复合地层盾构隧道施工地表沉降规律研究

以广州地铁8号线北延伸段石井站—亭岗站区间隧道施工为背景,基于现场实测数据,对上部软土下部灰岩复合地层地表横向沉降和隧道轴线上方地表纵向沉降随盾构开挖的变化规律进行了探究。对比了横向与纵向沉降预测公式与实际监测值,分析了沉降量值与沉降范围的控制因素。结果表明:除了施工因素影响外,该类复合地层中盾构隧道施工引起的地表横向沉降与修正Peck公式基本吻合,最大沉降量值受地层体积损失率影响,主要沉降影响范围的控制因素有隧道埋深、双线隧道间距、隧道穿越层的性质;纵向沉降发展规律与Sagaseta公式基本吻合,沉降快速发展区范围控制因素有隧道埋深、纵向地层不均匀性。     

基于有限元模拟的双线平行盾构隧道近距离界定

对Peck公式在双线水平平行盾构隧道引起的地面沉降计算中的适用范围进行讨论,提出相对水平距离系数C;考虑注浆因素、改变双线平行盾构隧道的水平间距,通过三维有限元模拟得到地面沉降值,然后与Peck公式计算结果相拟合,用于双线平行盾构近距离的界定。研究结果表明:Peck公式只适用于当双线水平平行盾构隧道间距小于一定范围时,其相对水平距离系数C与2条隧道轴线水平距离、隧道轴线埋深和隧道半径等因素相关;当C≤0.66时,Peck公式可较为准确地预测地面沉降,当C0.66时,地面沉降曲线不符合正态分布,此时Peck公式已不适用。     

双线隧道盾构穿越建筑物桩筏基础的三维有限元分析

双线隧道情况下盾构施工掘进时,因为受到隧道间距、隧道埋深、穿越桩筏基础的位置等因素影响,其对建筑物桩筏基础的影响比单一隧道情况下的影响更复杂。文章以某地铁区间段双线隧道穿越建筑物桩筏基础盾构施工为背景,基于FLAC3D软件,建立了双线隧道和其穿越建筑物的桩筏基础计算模型,分析双线隧道在穿越桩筏基础时影响范围内的地表沉降规律、隧道周围土体的变形规律以及桩基的水平变位规律。结果表明,双线隧道穿越群桩时,地表沉降曲线与Peck经验公式稍有不同。由于桩基的"挡墙"效应,其对土体变形的阻碍作用较明显。此外,隧道开挖对桩基水平变位的影响范围主要是桩基与隧道同高度处。文章的分析结果对该类工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

西安富水砂层盾构施工Peck沉降预测公式改进

隧道开挖引起的地表沉降预测主要有公式法、数值法、解析法等,由于Peck公式法的合理、简便,被广泛应用于隧道开挖引起的地表沉降预测中。但由于Peck公式的局限性,在不同地层中预测隧道开挖引起的地表沉降时需要对其进行修正。本文以西安地铁某区间盾构穿越富水砂层为背景,通过现场实测数据、线性回归方法并引入地表最大沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β两个参数对原始Peck公式进行修正,得出α的取值范围为0.106 7~0.354 4、β的取值范围为0.539 0~0.681 9,将修正后的公式和现场数据对比发现拟合效果较好,参数取值合理。相关结论可供盾构在富水砂层中施工作为参考。     

硬岩地层TBM掘进引起地表变形的计算分析

以重庆轨道交通环线凤鸣山站—上桥站区间隧道工程为依托,以现场监测数据为基础,采用数据拟合的方式比较经典Peck公式、Sagaseta公式及Loganathan公式在砂岩与砂质泥岩地层的城市地铁TBM隧道地表施工沉降计算中的精准性。研究表明经典Peck公式拟合的砂岩与砂质泥岩地层TBM施工地表沉降更为精准,最后采用ANSYS数值模拟进一步验证了Peck公式用于砂岩与砂质泥岩地层TBM双线隧道地表施工沉降计算的可靠性。     

基于透明土试验技术的盾构侧穿桩基影响机制研究

为深入研究盾构侧穿既有桩基引起的地层与桩基的变形演化机理，引入了透明土试验技术和数字图像处理技术，研制了一套无损观测土体行为的室内物理模型装置，开展盾构隧道施工的模型试验。试验结合透明土可视化非侵入优势对不同隧道埋深、桩基位置、桩基长度等因素的影响规律展开研究。利用理论解析和数值模拟方法验证透明土方法的可行性及准确性。试验结果表明：理论解析、数值模拟及透明土试验具有较好的一致性。双线隧道施工会对地表沉降产生叠加效应，但后行隧道引起的地表沉降不足总沉降的10%；隧道沉降区域及极值都随着埋深比的减小而逐渐增大；当桩基入土深度大于隧道埋深时，桩基易在隧道埋深所在深度发生转动。文章为盾构侧穿桩基影响机制研究提供了一种新方法，丰富了盾构机制探索体系。     

盾构开挖冻结法加固隧道的地表沉降对比分析

针对盾构法开挖掘进隧道引起的地表沉降问题,以上海14号线隧道上行线盾构隧道建设工程(武定路—静安寺区间)为背景,基于Peck经典沉降公式计算出地表沉降曲线,结合ANSYS有限元软件数值模拟盾构隧道的循环开挖,分别研究在未冻结加固土体和冻结加固土体条件下的地表沉降规律,并对解析计算、数值模拟和工程监测数据进行了对比分析,得出了三种地表沉降曲线变化规律一致的结论,并验证了冻结法加固土体减小沉降的有效性和数值模拟软件的可行性。     

青岛复合地层双洞隧道开挖变形规律

双线隧道开挖不同于单线隧道,为研究复合地层地铁双洞隧道开挖施工引起的地表沉降规律,文中基于青岛地铁四号线静沙区间的相关数据,通过数值模拟对双洞隧道上覆土层的不同组合施工沉降变形规律进行研究。分析结果表明,隧道上覆土层中砂土与黏土层厚度的变化,对双线隧道开挖地表沉降最大值、地表沉降和围岩的应力状态的影响较小,变化幅度也影响较小,即不同的上覆土层条件下,对双线隧道开挖地表沉降规律的影响相对较小。     

地铁浅埋暗挖施工对地表沉降及邻近桥基的影响

针对地铁隧道开挖诱发地表下沉,致使已有桥基变位的问题,采取经验法的叠加原理预测双线隧道开挖对地表沉降曲线的影响。以西安地铁3#线某区间为工程背景,采用三维有限差分数值(FLAC3D)软件模拟浅埋暗挖不同工况对地表和邻近桩基沉降的影响。理论分析及数值模拟结果均表明:双线隧道引发的地表沉降呈"U"型曲线分布,且沉降槽宽度影响范围和地表沉降均较单线隧道大。环形开挖预留核心土法可作为该区间隧道的主要施工工法。现场监测分析表明:该施工工法能有效地降低地表沉降和桩基变形,对黄土地区该类隧道工程具有一定的指导意义和借鉴价值。     

盾构穿越临近地下挡土结构土压力及沉降影响模型试验

为了探讨盾构隧道穿越临近地下挡土结构时对挡土结构土压力和地表沉降的影响,自制了试验装置,采用活动门下沉模拟隧道地层损失,分别考虑隧道埋深与宽度比、隧道埋深与侧限宽度比、隧道埋深与距离比,进行了15组模型试验。利用挡土板上的18块悬臂式载荷计测得挡土结构土压力。利用粒子图像测速技术,获取地表沉降曲线,得到侧限条件下挡土结构土压力和地表沉降的影响规律。结果表明:盾构穿越临近地下挡土结构时,挡土墙底部土压力急剧减小,一定高度处土压力出现反转。隧道埋深与宽度比越小,底部土压力减小值变大,转折点提高,地表最大沉降增大;隧道埋深与侧限宽度比越大,土压力减小的范围越大,地表最大沉降越大;隧道埋深与距离比越大,对挡土结构土压力影响越大,地表最大沉降也越大。引入地表沉降最大值修正系数C_1和沉降槽修正系数C_2,建立了C_1,C_2的计算式,得到修正的Peck沉降预测公式,结果与模型试验实测值较为吻合。     

双线隧道不同布置方式下相互作用影响的地层位移解析

双线隧道开挖引起地层变形的既有理论研究,一般基于单线隧道计算结果直接采用线性叠加进行分析,而忽略了双线隧道之间的相互作用影响。为研究近距离地下工程开挖的相互影响,基于位移控制Schwarz交替法和复变函数理论,结合隧道洞周椭圆化收敛变形边界条件,提出了任意布置方式下双线盾构隧道开挖引起周围地层变形的计算方法。该方法以位移控制边界条件进行求解,体现了双线隧道开挖间的相互作用影响。通过离心试验和工程实例,将基于位移控制Schwarz交替法的复变函数理论解与线性叠加法解答以及实测数据进行了对比验证;针对双线隧道水平和斜交两种不同布置方式进行相关参数分析,获取了双线隧道间距变化引起的地层变形影响规律。结果表明:基于位移控制Schwarz交替法的复变函数方法求解得到的地表沉降曲线与实测值吻合较好,而直接线性叠加法解答存在较大误差。在地层等值线图规律分析中,水平与斜交布置下,两个隧道周围土体等值线图产生较为明显的相互"吸引"现象,隧道上方的土体沉降峰值线均向双线隧道中间倾斜,但随着双线隧道间距增加,"吸引"现象逐渐减弱。研究成果对于近距离双线盾构隧道开挖施工的现场保护措施制定提供一定的理论依据。     

浅埋地铁隧道施工影响下含空洞地层的变形特征分析

地层空洞的存在使得隧道结构周围的地层环境变得更为复杂,在地铁隧道施工的影响下极易引起地表沉降加剧甚至地表坍塌。针对V级围岩地铁隧道,采用三维模型试验和数值模拟研究了不同位置地层空洞对地表沉降的影响规律以及空洞的变形特征,同时通过修正后的Peck公式对试验结果进行拟合分析。研究结果表明:空洞的存在使得地层损失加剧,地表沉降槽深度和宽度均有所增大,沉降槽曲线整体向空洞一侧偏移,通过修正后的Peck公式能较好地拟合出沉降曲线形态;从地表整体沉降形状上看,空洞上方一定范围内地表沉降较大,地表会出现明显的沉降盆形态;综合考虑空洞对地表沉降槽宽度和深度以及地层损失率的影响,认为空洞位于隧道斜上方是最不利位置,在施工过程中对这一方位地层空洞应重点关注;不同方位空洞的变形模式不同,主要表现为立式椭球体和卧式椭球体等变形模式。     

双隧道对群桩影响的三维离心模型试验研究

在膨胀土地基中进行了双隧道对群桩影响的三维离心模型试验,目标地层损失比为2%,着重研究引起的地基沉降槽、附加弯矩、轴力的变化规律。试验得出：膨胀土地基中每个隧道开挖形成的地表沉降槽仍符合Peck高斯曲线,双隧道共同作用形成的沉降槽可以看作是每个隧道单独作用形成的沉降槽的叠加;两个隧道开挖引起的前后桩弯矩规律类似,最大附加弯矩均出现在拱冠附近,但存在明显的前桩遮拦效应;随着第一个隧道开挖的临近及远离,前后桩轴力会发生明显不同变化,而第二个隧道影响明显不同,附加轴力最大值约为工作荷载的10%。     

盾构隧道开挖及补偿注浆对地层扰动影响的室内试验及数值模拟研究

针对盾构法施工过程中产生的土体损失,补偿注浆是一种应用广泛的沉降控制措施。通过模型试验及数值模拟,研究了盾构隧道开挖及补偿注浆对周围土体的扰动影响。将开挖和补偿注浆连续考虑,重点研究了既有土体损失情况下补偿注浆对地表沉降和周围土体应力的影响规律,研究结果表明,盾构隧道开挖过程中,地表沉降可以用Peck公式有效预测,且沉降最大值与土体损失率呈线性关系,隧道周围土体按照应力变化情况分为正拱区、卸荷区、塑性区。补偿注浆过程中,土体按应力变化情况分为抬升挤压区和正拱补偿区。应用小应变本构模型(HSS)进行数值模拟,模拟结果与试验规律对应良好,进一步验证了模型试验揭示的隧道开挖和补偿注浆对土体的扰动机理。