堆土加卸载与基坑开挖叠加对既有隧道变形的影响研究

针对堆土加卸载与基坑开挖叠加效应导致既有地铁隧道变形较大的问题,建立考虑加卸载叠加效应影响的三维空间分析模型,研究不同堆土加卸载叠加基坑开挖卸载模式对邻近地铁隧道变形规律的影响,探讨隧道在堆土加载、移土卸载再叠加基坑开挖下的变形规律。结果表明:正上方堆土加卸载对隧道的竖向位移影响较大,是侧向堆土加卸载的3倍～5倍; 在经历堆土加卸载后,隧道会残留不可忽视的变形,其残留竖向位移约为加载后位移的62%; 堆土加卸载叠加侧方基坑开挖时,隧道变形受基坑开挖深度的影响较大,大于隧道埋深的开挖阶段会加剧隧道变形; 4种叠加模式中,正上方堆土加卸载-侧方基坑开挖卸载隧道最终竖向位移最大,约17 mm,侧方堆土加卸载-异侧基坑开挖卸载隧道最终水平位移最大,约8 mm,邻近隧道施工时应充分考虑叠加效应的影响,尽量避免这两种情况。     

含空洞砂卵石地层盾构隧道引起地面沉降研究

砂卵石地层普遍存在地下空洞，在该区域进行盾构隧道施工容易扰动砂卵石地层，若含有空洞则可能会引发空洞塌陷破坏，造成较大的地面沉降。基于离散元软件Yade，建立含空洞砂卵石地层单线盾构隧道施工模型，研究单空洞位置、单空洞直径、多空洞的组合形式对地面沉降的影响，得到空洞对盾构隧道施工引起的地面沉降的影响规律。研究结果表明，含空洞地层中，当空洞位于隧道正上方引起的地面沉降最大，而空洞位于隧道正侧方引起的地面沉降最小；无论空洞处于哪种位置，空洞直径越大，引起的地面沉降越大；空洞位于隧道正上方或者正侧方时，地面沉降值与空洞直径呈现近似二次函数关系，空洞在隧道斜上方时，在某些区间内地面沉降值与空洞直径呈现线性关系；空洞数量越多，引起的地面沉降越大。两空洞工况下，空洞分别位于隧道正上方与斜上方时引起的地面沉降最大。三空洞工况下，空洞分别位于正上方、正侧方、正侧方时引起的地面沉降最大。     

新建隧道上跨施工对既有隧道的影响及加固措施研究

为了研究砂质粉土中盾构隧道近距离上跨施工对既有隧道的变形影响,以某市轨道交通工程区间盾构隧道为背景,采用三维有限单元数值计算方法,得到了不加固工况下既有隧道变形以及交叉节点上方地表位移的变化规律。计算分析结果表明,新建隧道盾构通过既有隧道正上方后,在交叉节点一定范围内的既有隧道结构拱顶发生隆起变形,拱腰发生侧向变形;新建隧道上方一定范围内的地表发生沉降变形,最大值出现在交叉节点正上方附近处。另外结合工程地质、水文地质以及周边环境因素,本文对该交叉节点采用洞内注浆加固设计方案,并进行了模拟计算分析,结果表明加固工况下新建盾构隧道施工对既有隧道的影响明显降低。该计算分析结果在一定程度上证明了加固方案的合理性。     

土质对盾构隧道下穿道路沉降影响的分析

为研究不同土质条件对盾构隧道下穿既有道路沉降的影响,文中基于长春市城市轨道交通2号线盾构隧道穿越的实际地层,运用Midas GTS NX软件,分析不同土质条件下盾构隧道的施工对道路沉降的影响。结果表明在盾构隧道掘进过程中,道路路面横向沉降曲线呈现凹槽形状,其中最大沉降值位于隧道中心线正上方;盾构隧道开挖过程中,距隧道中心线2.5D范围内的路面受影响较大;盾构隧道上覆土层土质条件改变对路面沉降的影响较弱,而穿越土层土质条件发生改变对地表沉降影响较大。相对于粉质黏土,隧道在强风化泥岩中进行盾构开挖对地面沉降影响较小。研究成果可为盾构隧道施工对既有路面沉降的监测防治等提供参考与指导。     

突发堆载引起软土地铁盾构隧道大变形整治研究

城市地铁的快速发展难以避免频受外部工程活动扰动影响,其中突发堆载已成为突出问题。上海某地铁区间盾构隧道上方突发大量堆土,最大堆高约7 m,从而引发结构产生横向收敛大变形（ΔD）最大达到34.5‰倍的隧道外径(D),堆载严重威胁到地铁结构及运营安全。介绍了该工程案例,包括堆载引起的隧道结构横纵断面变形及相应的结构病害,提出并实施了及时卸载、堵漏及碎裂修补、后采用芳纶布及钢环结构补强的结构整治措施。卸载对于减缓堆载对隧道结构沉降影响作用明显,卸载之后隧道沉降恢复且部分产生隆起现象,后续张贴芳纶布及钢板环加固措施,可提高盾构隧道横断面承载能力,相比隧道沉降,隧道结构收敛变形状况改善并不明显,水平直径收敛最大仅回缩2.6‰D。案例对于外部扰动对盾构隧道影响及整治研究,具有重要的工程实践价值。     

基于等效梁铰模型的盾构隧道上方卸载影响分析

国内城市出现诸多在地铁隧道上方开挖基坑的工程案例。由于地铁隧道对变形控制极为严苛,需准确评估上方卸载影响及应对变形控制措施。对装配式盾构隧道展开数值仿真分析,考虑管片接头,将隧道管片等效为梁-铰接头模型;采用地层结构法,建立整体模型,土层采用HSS模型,分析基坑开挖对下卧盾构隧道的竖向隆起和径向收敛变形影响,并进一步分析采取隧道保护措施下的变形控制效果。结合工程实例分析表明：等效梁-铰接头模型可以模拟出盾构隧道的径向收敛变形,得出上方卸载影响下隧道的“竖鸭蛋”变形姿态;在采取隧道变形控制措施下可有效控制隧道隆起量在1.5‰倍挖深以内。研究成果可为运营盾构隧道的监护管控提供指导。     

盾构隧道近接桩基影响及加固方式研究

为研究砂土地层盾构隧道近接桩基施工的问题,文章以佛山地铁2号线工程为背景,通过ANSYS软件对盾构隧道下穿文登河公路涵桩基的工况进行分析研究。计算表明:(1)与未加固的土体相比,对砂土地层进行注浆加固处理后,隧道正上方处地表沉降量显著减少。双线贯通后,对于每1 m3原状土掺加超细水泥400 kg的改良土,隧道正上方地表地层沉降比未加固地层减小63.76%。(2)对砂土地层注浆加固可显著减小上方公路涵桩基的变形。对于每1 m3原状土掺加超细水泥400 kg的改良土,桩基最大水平位移比未加固地层减小54.72%,桩基最大竖向位移比未加固地层减小62.3%。(3)考虑到本工程盾构隧道对邻近公路涵桩基的影响,建议本工程砂土地层地基加固采用每1 m3掺入400 kg超细水泥的加固方案。     

土压平衡盾构上穿运营中地铁隧道上浮控制

建立了盾构掘进三维计算模型,采用刚度迁移法模拟超大直径土压平衡盾构上穿运营中地铁隧道的影响。结果表明,盾构掘进会引起下方土体发生卸载回弹,从而引起地铁隧道的过量上浮;通过对盾构施工过程进行分析,提出隧道内"增稳加载"的方法控制下方隧道上浮的施工方法,通过每延米30 t的加载,配合适当的施工方法,可将下方隧道的上浮控制在允许范围以内,确保施工的安全进行。     

地铁盾构隧道穿越大直径越江隧道的影响分析

新建盾构隧道近距离穿越既有隧道时,会对既有隧道结构产生影响。针对地铁盾构隧道下穿大直径越江隧道,在充分考虑衬砌的横观各向同性性质、盾构施工开挖面的支撑力、同步注浆压力、扰动层厚度等因素的基础上,应用三维有限元数值方法,研究了新建盾构隧道施工引起既有越江隧道的变形以及内力的变化规律,同时获得了越江隧道的影响范围。研究结果表明,越江隧道的最大沉降及侧移发生在对称面上,并且对侧移的影响较小;越江隧道经历了加载、卸载、再加载的过程;影响范围集中在垂直于越江隧道轴线方向盾构穿越前2D、穿越后2D的范围内。     

考虑纵向变形影响的基坑下方盾构隧道横向受力变化研究EI北大核心CSCD

针对基坑开挖引起下方盾构隧道围压变化的机制进行分析,提出一种能考虑纵向变形影响的盾构隧道横向附加围压变化模型。建立盾构隧道管片环的有限元简化模型,进行结构计算分析。以基坑上跨杭州地铁1号线盾构隧道为例,将隧道水平收敛计算值与实测数据进行对比,验证了计算方法的可靠性。研究基坑下方盾构隧道的围压变化、衬砌内力以及纵横向受力关系,并对基坑空间开挖尺寸进行影响因素分析。研究结果表明:计算得到的隧道水平收敛变形值及其沿隧道纵向的分布规律与实测值基本吻合;基坑开挖引起的围压卸载效应主要作用于下方隧道衬砌的拱顶和拱底附近,并受纵向变形过程中环间作用力的影响;基坑开挖导致下方盾构隧道衬砌弯矩分布反转,拱腰处的轴力也显著减小;三维卸载比V3D可以较好地反映基坑空间开挖尺寸对下方盾构隧道的影响。     

盾构法隧道下部卸载回弹计算深度的确定

通过对盾构施工前后地应力进行研究,推导出盾构施工后地层应力卸载量的计算公式。在此基础上分析盾构隧道施工对下部土体的影响深度,计算了上海3种典型直径的隧道(6.2、11.36、13.95 m)在不同顶覆土时,盾构施工对下部土体的影响深度,找到了顶覆土与隧道下部土体影响深度间的关系,最终提出有限元法模拟盾构施工最小计算深度的确定公式。     

基坑围护SMW工法桩施工对下卧盾构隧道变形影响分析

以苏州星港街隧道从上部近距离穿越地铁1号线盾构隧道工程为依托,对SMW工法桩围护加固过程中下卧盾构隧道变形监测数据进行分析,探讨基坑围护加固过程中下卧地铁盾构隧道结构的纵横向变形规律。分析结果表明,盾构隧道变形与SMW工法桩桩施工扰动、施工机械荷载有关,SMW工法桩施工期间下卧盾构隧道逐渐下沉,尤其是隧道两侧工法桩施工阶段下沉速率较大,隧道正上方施工期间隧道变形很小,围护加固结束后隧道变形稍有回弹;加固区内盾构隧道受影响比加固区外大,盾构隧道在横断面上呈竖向压缩、水平方向伸长状态,隧道变形轮廓为长轴近水平方向的椭圆。     

盾构隧道始发段上跨穿越施工对既有地铁隧道的影响分析

文章以深圳地铁10号线福田口岸站—福民站区间盾构始发段施工工程为依托,研究设计袖阀管注浆加固方案下,新建地铁隧道在盾构始发处正交上跨穿越既有地铁线路施工的力学行为。通过数值分析,得到以下结论:在设计方案下,新建盾构隧道施工对既有隧道管片受力影响有限;新建隧道开挖后的土体卸载作用会引起下方既有隧道产生轻微隆起;在设计方案下进行上跨施工,可以保证既有地铁隧道的受力和变形满足安全运营的要求。     

类矩形盾构施工对地下管线影响的模型试验研究

类矩形盾构隧道开挖使土体以不均匀沉降形式作用于地下管线,导致管线产生纵向变形、破坏。针对类矩形盾构隧道施工,采用室内缩尺寸模型试验,综合考虑管隧相对位置、管线埋深及土体损失率3个影响因素,研究类矩形盾构隧道在砂土地层中施工,地下管线沉降、变形及地表沉降的规律变化。研究结果表明:管隧垂直工况时,管线竖向位移曲线呈高斯分布,竖线位移反弯点出现在隧道轴线附近处,管线弯矩呈"M"型分布,最大竖向位移及弯矩位于隧道轴线正上方;管隧斜交工况所受影响比管隧垂直工况影响更大;管线埋深越大,管线受影响程度越深;管线竖向位移随土体损失率减小相应降低,隧道轴线正上方管线竖向位移与管线最大正弯矩及两个较大负弯矩减小幅度较大,管线两端受影响程度较小;地表沉降受土体损失影响较大,沉降值比管线大。     

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。     

富水砂层盾构下穿高铁涵洞变形规律研究

针对西安地铁4号线尚新路-北客站区间盾构隧道下穿西宝客专涵洞工程,利用三维有限元软件对盾构下穿高铁涵洞施工过程进行数值模拟,分析了盾构掘进施工对地表沉降和高铁涵洞结构的影响情况。结果表明:盾构下穿高铁涵洞施工,地表最大沉降发生在左右线中间正上方位置,横向地表沉降符合Peck沉降曲线,沉降槽两端出现地表略微隆起现象;盾构掘进至涵洞下方时,仅位于掌子面上方的涵洞结构变形明显;盾构掘进至左线贯通时,涵洞结构整体产生明显变形且最大变形发生在左线正上方;盾构掘进至右线贯通时,涵洞结构最大变形发生在左右线中间位置。依据工程经验及数值模拟结果,提出了控制高铁涵洞结构沉降的专项措施,并通过现场监测进行了对比验证。     

地面堆载对下方盾构隧道的影响分析

基于基坑开挖将土方堆在盾构隧道上方地面的工程背景,采用有限元软件进行建模分析,研究了隧道正上方堆载和侧上方堆载的两种情况。研究表明,在地表荷载作用下隧道会沉降并产生竖向压缩水平向拉伸的相对变形,在侧上方荷载作用下隧道还会产生向荷载作用方向的旋转。当地表堆载不可避免时,应特别注意避免在易对既有隧道造成较大影响的位置堆载或行走重载车辆。     

地面堆载下盾构隧道结构韧性演化规律研究

韧性理论的提出和发展为盾构隧道结构性能评估提供了新思路。在提出考虑历史最大变形的衬砌性能指标基础上,建立包含管片、接头和非线性土弹簧的精细化三维有限元分析模型,研究了地面堆卸载作用下,不同埋深盾构隧道结构响应特征和韧性演化规律。结果表明：地面堆载下拱顶、拱底内弧面受拉,拱腰外弧面受拉,受错缝拼装影响,结构内力和损伤集中于边环纵缝相邻的中环管片处;卸载阶段隧道水平收敛减小,完全卸载后的残余变形随堆载量增加而增大,相同水平收敛情况下浅埋隧道卸载后变形恢复率大;隧道结构韧性随着水平收敛的增大快速降低,而缩短响应时间、提高修复措施效率可以提升隧道结构韧性;将隧道结构韧性分为4个等级,当结构进入极低韧性阶段时,应采取更加高效快速的综合修复方案,同时避免造成结构的二次损伤。     

盾构施工对地下管线影响数值模拟研究

城市地铁隧道盾构施工过程中,由于地层损失引起周围土体变形,从而造成既有近接管线中产生附加应力。过大的附加应力会导致管线破坏,对城市运行造成较大影响。本文采用ABAQUS有限元计算平台,针对隧道与既有近接管线垂直工况,对盾构施工过程中隧道周围土体变形以及近接既有管线的变形和受力特性进行了分析。结果表明隧道正上方的土体随着埋深的增大沉降逐渐增大且各个沉降槽曲线均呈高斯分布;管线变形曲线与土体开挖面所在平面的沉降槽曲线相似,也服从高斯分布;并且隧道周围既有管线对周围土体沉降具有抑制作用。     

小曲率半径转弯隧道盾构施工扰动实测分析

 受规划及已建结构物的制约,小曲率半径转弯盾构隧道的应用越来越广,小曲率半径转弯隧道盾构施工对紧邻土体扰动有待研究。以广州220 kV犀牛站电缆隧道工程为背景,通过动态监测小曲率半径段转弯盾构施工引起土体分层沉降、水平位移、孔隙水压力的变化,分析小曲率半径转弯隧道盾构掘进对紧邻土体的扰动规律。分析结果表明小曲率半径隧道转弯段盾构掘进过程中,隧道侧边土体沉降及水平位移与直线段隧道有显著不同,且会增加对周边环境的扰动,应引起足够重视。隧道转弯段外侧土体的沉降规律与直线段隧道不同,在盾体挤压作用下竖向离隧道较近的土层不是沉降最大的,甚至可能产生隆起。转弯段土体的深层水平位移由两部分位移的叠加而成：一是盾体通过过程中,由于盾体挤压作用而产生的向外远离隧道的位移;二是由于盾体转弯造成不对称变形,转弯外侧挤压向隧道外位移,转弯内侧卸载向隧道内位移。