盾构隧道施工引起地层位移的复变函数修正解

为了获得盾构隧道施工引起的地层位移变化,利用复变函数求解了基于位移控制边界条件下盾构隧道开挖后的解析解。在计算分析过程中,引入位移释放系数,充分考虑了衬砌滞后于开挖面的位移过程,并通过设置位移约束点对理论计算解进行了修正,获得了更为准确的地表相对位移。选取4例实际盾构隧道工程实例,分别考虑4种典型洞室位移边界条件,将该理论计算得到的地表位移初始解和修正解与现场实测数据进行对比,结果表明：在各种洞室位移边界条件下,修正后得到的地表位移值与实测值的吻合度均比初始解显著提高,其中以采用第4种位移边界条件计算得到的地表位移修正解吻合度最高。最后以第4种洞室变形为位移边界条件,分析了不同位移释放系数、隧道埋深以及隧道半径对地表位移的影响。结果表明：地表沉降与影响范围随着位移释放系数的增大而减小;地表沉降随着埋深的增加而减小,沉降槽宽度却随之增加;隧道半径越大,则地表沉降越大且影响范围越宽。     

盾构隧道施工地表变形分析的有限元数值模拟

以钱江通道过江隧道工程为背景，利用有限元方法对盾构隧道施工引起的地表变形进行数值模拟分析，与经验公式计算结果比较，验证了有限元数值分析模型的合理性，同时分析了隧道周围土体移动规律和地表沉降规律。     

岩土复合地层盾构隧道对地表变形及应力分析的研究

考虑到岩体与土体力学性质的差异,利用复变函数结合随机介质理论建立岩土复合地层隧道开挖的力学解析模型,将理论计算结果与数值模拟、现场实测结果进行对比。结果表明：解析解、数值解与实测值三者的吻合度相对较高,且数值解与理论解的沉降槽宽度保持一致,说明该理论计算方法具有较高的可信度。随后讨论了作用于岩、土层分界面不同竖向荷载、岩层隧道埋深与其半径之比以及岩体泊松比等参数对地表变形及洞周应力的影响。结果表明：随着岩、土层分界面竖向荷载的增加,地表沉降也不断增大,洞周环向压应力在隧道拱腰附近显著增大而拱顶环向拉应力变化相对缓慢;随着深径比h/r的减小,地表沉降逐渐增大,当h/r≥3时,增大深径比对洞周环向应力的影响相对较小;岩体泊松比越大,则地表沉降越小,洞周环向应力分布越均匀。     

考虑参数空间变异性的盾构隧道施工地层变形综合可靠度分析

依托厦门地区典型风化花岗岩地层的盾构隧道工程,针对多层土双线盾构隧道施工地层变形问题,以岩土体参数的空间变异性为切入点,基于随机场理论,采用蒙特卡洛法与有限差分法模拟计算相结合的方法,开展盾构隧道施工地层变形响应的可靠度分析。以土体弹性模量E的空间变异性为研究重点,系统研究土体弹性模量的竖向、水平波动距离(θ_z,θ_x)对地层变形可靠度指标的影响。结果表明:随机分析所得最大地层变形(地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛)的可靠度指标随着土体弹性模量波动距离的增大而降低;随着最大地层变形允许值的增大,地层变形可靠度指标也相应提高。在此基础上,借助熵理论客观确定各地层变形指标(地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛)的权重系数,结合可靠度设计方法和工程风险分析理论,开展地层变形综合可靠度分析及控制指标体系的研究,提出适合厦门地区的盾构隧道施工地层变形控制指标体系。     

深厚软弱地层盾构隧道穿越既有铁路群变形分析和控制技术

为确保盾构隧道在深厚软弱地层中顺利穿越既有铁路群,通过工程类比、加强设计、数值模拟与现场监测数据分析相结合等手段,提出了加强洞内管片设计、加强盾构施工控制、优化推进参数、及时填充注浆、地面路基加固、行车限速、回填道砟的保护措施,以及加大铁路变形监测频率和延长监测时间等一整套盾构隧道穿越既有铁路群的变形分析和控制技术.结...     

特定沉降阶段的盾构隧道地表沉降研究

以某电力盾构隧道土压平衡盾构掘进施工为背景,提出了特定阶段的地表沉降预测公式.考虑注浆压力、盾构机与土体摩擦力、开挖面推力等因素,利用数值仿真软件进行模拟盾构开挖数值试验.综合现场实测数据、公式计算结果、数值模拟结果对土体横向变形和纵向变形规律进行了研究.结果表明:土体横向沉降变形呈现"U"形分布,随着土体深度的增加,...     

列车振动作用对紧邻盾构隧道变形影响研究

针对新建盾构隧道近距离穿越既有运营隧道的超复杂施工工况,通过物理相似模型试验研究 了盾构施工和地铁列车移动耦合作用下既有运营隧道的变形规律,分别获得了不同穿越顺序下既有隧 道的纵向变形曲线,并就不同穿越顺序影响进行了对比分析,给出了多线叠交新建盾构隧道合理穿越顺 序。试验结果显示:“先下后上”施工将会引起既有隧道更大的纵向沉降变形;“先上后下”下穿阶段既 有隧道的沉降量在其沉降总量中的占比更大,沉降速率更快,且两种穿越顺序下,既有隧道的纵向变形 集中在下穿隧道中心线左右１．４倍隧道外径范围内;同等施工水平条件下,“先上后下”穿越方案更有利 于既有运营隧道的保护。     

盾构隧道开挖过程地表变形分析

为研究盾构隧道开挖过程对地表变形的影响,在假定平面应变的条件下建立应力释放法开挖隧道的数值有限元模型,研究土层厚度比和刚度比对地表变形的影响。结果表明：（1）当刚度比较小且保持不变时,地表水平和竖向位移随厚度比的增大而增大,当刚度比较大且保持不变时,地表水平和竖向位移随厚度比的增大而减小,造成结论相反的原因是由于刚度比不同导致土体的有效弹性模量不同,进而导致地表位移发生改变;（2）隧道周边对地表位移起控制性作用的区域为影响区,实际工程中要重点关注影响区的范围,以便减小对地表变形的影响;（3）对于三层土情况,盾构隧道施工对地表变形的影响仍然受有效弹性模量和影响区的控制。但无论何种情况,地表位移曲线均呈高斯分布形态。     

连续小曲率盾构掘进过程中管片及周边土体状态研究

随着城市开发进程,小曲率盾构的应用已是社会发展的需要,为开展小曲率盾构施工中盾构管片及周边土体状态研究,采用midas GTS NX建立连续小曲率盾构数值模型,以准确的实现盾构掘进的施工过程。根据研究分析表明：盾构掘进通过连续小曲率拐点后,掘进管片中的最大轴力和弯矩值均突然降低;盾构的掘进直接影响掘进段正上方地表变形,地表变形最大处位于进洞口处;曲线隧道对盾构两侧土体有明显的整体偏移影响,而在连续小曲率拐点处的双重曲率的耦合作用下,隧道凸出侧土体的变形更大,表现出来的位移变化规律更为复杂。     

盾构隧道衬砌连接螺栓变形的影响因素分析

盾构隧道衬砌连接螺栓是连接衬砌管片之间的唯一部件和最重要的约束,螺栓变形问题是管片设计必需考虑的因素.通过南水北调穿黄盾构隧道管片接头1∶1仿真模型试验,对管片连接螺栓变形的影响因素进行了系统的研究分析,获取了不同偏心距、不同弯矩荷载、不同管片接头间的垫层厚度、不同螺栓预紧力、不同螺栓位置条件下详细的螺栓受力状态和变形特征资料,为盾构隧道管片设计提供依据.     

地下隧道软土地层变形研究综述

在综述已有文献的基础上，将隧道施工引起软土地层变形的研究方法分为不考虑施工过程的方法和部分考虑施工过程的方法两大类．由施工中的观察结果提出的较为简单的经验公式及弹性、弹塑性和粘弹性解析解法是不考虑施工过程对地层变形的影响的，而各种数值计算方法以其灵活性在计算时可以部分考虑施工过程对地层变形的影响．由于隧道施工的复杂性及一些不确定因素的影响，要在理论分析中精确模拟施工过程还有一定的难度．文中论述了每类方法的最新研究水平及存在的问题，指出了尚需进一步研究的课题     

天津某基坑开挖引起隧道变形的有限元计算

天津某深基坑工程,由于其深度较深,周围环境复杂,并且紧邻地铁,因而在深基坑施工作业过程中有必要对周边隧道变形进行计算和监测。针对基坑的特点和土层的各项参数,运用有限元方法,计算隧道的竖直和水平位移,并根据计算结果制定了合理的监测方案。计算结果表明,由于基坑开挖,会造成周围隧道的竖直方向变形和水平方向变形,且越靠近基坑开挖位置位移越大,位移以最大值点为中心,朝隧道两端方向减小。隧道变形仍在安全范围之内。计算和设计成果为基坑施工过程中工程的安全性提供了可靠的保障,可为类似工程提供参考和依据。     

一种黏土层中深基坑开挖地表沉降预测方法

基坑围护结构水平移动是其周围地表沉降的主要诱因之一。基于不同围护结构水平变形模式,根据线弹性理论相关研究给出了对应的地表沉降计算式。通过该计算式预测的黏土层中地表沉降最大值位置x_m与实测数据较为吻合。首先采用该计算式求出地表沉降最大值位置;其次,联合地层损失法,基于假设地表沉降曲线,计算沉降影响范围x₀,推导地表沉降曲线包络面积A_v;最后,根据地表沉降面积A_v与围护结构侧移面积A_h之间的相关性,计算地表沉降最大值δ_max,从而实现墙后任意地表位置沉降的计算。通过工程实例,验证了该方法的工程适用性。研究成果为基坑开挖地表沉降预测提供了一套半理论半经验方法。     

考虑非线性强度的无限长土坡渐进变形模拟

利用平面应变条件下均质无限长土坡坡土的应力分量,考虑坡土破坏的非线性特征,借鉴黏塑性理论过应力模型,通过拟定坡土滑移速度与黏塑性应变率之间的关系式,基于Cam-Clay模型推导出非线性Mohr-Coulomb破坏准则下坡土滑移速度和位移的显式表达式。针对2个边坡实例进行计算分析,结果表明:计算值与边坡实测数据和前人的研究成果吻合良好;非线性破坏准则的3个强度参数对无限长土坡的渐进变形有显著影响,随着非线性参数c₀减小、m增大、σ_t减小,边坡渐进变形逐渐增大,剪切层深度也不断增加。     

黏土盾构隧道开挖面被动破坏研究

盾构隧道施工中控制合理的开挖面支护压力是维持开挖面稳定安全的关键。为了研究黏土盾构隧道开挖面被动破坏的机理,通过采用考虑分段掘进和开挖卸荷引起土体强度折减的模拟方法分析黏土隧道开挖面由于支护压力过大引起的前部土体被动破坏模式、塑性区发展及相应地层位移,并探究隧道埋深、直径、土体性质等因素对开挖面被动极限支护压力的影响规律,结合离心模型试验确定开挖面被动极限支护压力合理控制范围。结果表明:①当开挖面支护压力逐步增大时,前部土体受挤压呈现铲形位移破坏模式,同时由于冲切作用在开挖面周围形成环状塑性区,开挖面前部纵向土体位移随着到开挖面距离的增加总体呈现先增大后减小至稳定的趋势,深层断面横向土体位移则近似符合正态分布曲线形式;②埋深和直径增大会不同程度地引起极限支护压力增大,土体性质对被动极限支护压力影响的敏感程度依次为弹性模量、内摩擦角、泊松比和黏聚力,建议被动极限支护压力控制范围为1~1.9倍的静止土压力。研究成果可供黏土盾构隧道施工控制参考。     

被动区土体加固对深基坑变形影响的研究

被动区土体加固能有效地控制基坑开挖引起的变形、保护基坑周边环境,在实际工程中得到广泛的应用。对上海软土地区某地铁车站深基坑工程进行数值模拟,系统地研究了不同土体加固形式对基坑变形的影响。研究结果表明该工程采取的坑底加固措施使得基坑变形满足变形控制标准;增大土体加固的深度能显著地减小围护结构侧向位移、地表沉降和坑底隆起;而过度地增大加固土体的割线模量E₅₀^ref对控制基坑变形的效果甚微;在同等条件下,满堂加固控制基坑变形的能力明显优于裙边加固。     

地铁隧道TBM施工围岩振动效应的数值分析

为分析TBM施工地铁隧道引起的围岩振动效应及其影响,通过数值模拟并结合频谱分析方法,获得地表以及围岩振动的振速峰值和主振频率参数,分析不同掘进速度下TBM施工振动在地表和围岩中的分布,参考爆破安全规程给出的安全允许质点振动速度限值,评估振动影响范围。结果表明:在隧道轴线两侧6D(D为隧道直径)范围内TBM施工振动影响明显,超过6D范围后振动幅值较小,为振动微影响区;随着刀盘掘进速度降低,振速峰值减小,但二者不是线性关系;地表质点振动的主振频率一般在10～25　Hz范围,受掘进速度的影响不明显。     

基于“3S”技术的南京市水土流失定量监测及分析

为定期对南京市水土流失开展动态监测,利用降雨资料、土地利用资料、环境卫星遥感数据、土壤和地形数据,采用“监测水土流失的定量新方法”,计算2011—2015年南京市水土流失。结果表明:①2011—2015年5 a平均南京市水土流失总量为201.42万t,其中,轻度以上水土流失面积为515.75 km²,水土流失量166.77万t,占全市水土流失总量的82.8%,轻度以上水土流失治理仍是水土流失治理中的重点;②5 a中2015年水土流失最严重,2013年则最轻,其中降雨侵蚀力R_i大小为决定因素;③5 a平均极强烈与剧烈水土流失量为分级侵蚀量中最大;④与2001—2010年10 a平均相比,2011—2015年5 a平均南京市微度水土流失面积增加7.6%,轻度以上水土流失面积减少42.5%,轻度以上年水土流失量减少23.7%,CP值的减小是2011—2015年5 a平均水土流失状况改善的主要原因;⑤3次水土流失定量监测表明,2011—2015年监测强烈、极强烈的水土流失面积和年水土流失量减幅下降,剧烈的水土流失面积和年水土流失量增大,主要原因是2011—2015年降雨侵蚀力R_i (5 a)平均值较大。研究成果为南京市水土保持规划和水土流失防治提供了重要的基础数据支撑和科学参考依据。