重叠隧道上覆地层变形规律分析

通过对深圳地铁Ⅰ期工程浅埋暗挖法施工的重叠隧道现场调研,并结合施工中的试验、监测成果对重叠隧道上覆地层（地表、地中）水平、竖向变形和隧道结构变形进行了综合分析,明确了富水含砂软弱地层地铁隧道拱顶沉降大于地表沉降的事实,得到地层变形的三维变化规律和重叠隧道分步开挖的施工时空效应;并实测得到未降水施工条件下隧道结构周边超静孔隙水压力分布及其随开挖变化规律。研究结果对于同类地层条件下地铁隧道设计、施工有一定的借鉴作用。     

暗挖隧道与邻近结构物相互作用研究现状及展望

软土中采用暗挖方式开挖隧道往往会引起土体变形。由于城市中暗挖隧道多建在建筑物高度集中的地区,土体变形对邻近既有结构物的损伤不容忽视。同时,既有暗挖隧道周围结构物的施工也不可避免地会引起隧道的变形和受力。文章主要阐述了目前暗挖隧道施工引起的土体变形对邻近地面建筑物、桩基、地下管线、既有隧道和基坑的影响以及邻近结构物施工对既有暗挖隧道影响的研究成果,并提出了需要进一步研究的课题及研究方法。     

基于支护参数优化的强震区软岩隧道变形控制技术研究

为探明强震区千枚岩地层中长大山岭隧道支护参数变化与衬砌结构变形的相互作用关系,基于新奥法施工理念,结合强震区在建杜家山绢云千枚岩隧道现场试验段的实际施工过程,根据采取的三台阶施工方法,以试验段设置的5种支护方案为依托,对各种情形下隧道变形及主体结构内力进行现场动态跟踪测试,探讨隧道施工过程中随各部开挖不同支护方案下拱顶沉降、周边收敛、地表沉降及结构内力的变化关系,分析初步认定支护强度及刚度大的F5方案更适用于震区千枚岩隧道施工。对5种方案的施工过程进行三维有限元弹塑性模拟,通过对开挖后隧道变形、支护受力与现场监测值的对比分析,对施工过程中隧道结构的安全性和围岩稳定性做出评价。现场试验和数值模拟结果综合分析表明,仅有两种（F4、F5）方案适用于隧道开挖,而F5方案的隧道变形及结构受力较其余4种方案更为合理,该方案的成功运用也验证了这一方案的合理、有效性。在该基础上总结提出的软岩隧道支护参数技术要领及方法可供类似工程参考。     

交错既有隧道次生力学效应三维模型试验

为分析交错新建隧道施工对既有隧道的影响,采用公路隧道结构与围岩综合试验系统对交错隧道进行三维物理模型试验。测试的内容包括新建隧道开挖引起既有隧道围岩内部压应力、围岩内部位移及支护结构内力的变化规律。试验结果表明,既有隧道拱顶径向压应力和拱腰切向压应力具有增加趋势,拱顶切向压应力和拱腰径向压应力具有减小趋势;拱顶围岩内部位移表现为压缩变形,拱腰围岩内部位移为拉伸变形;既有隧道支护结构的轴力和弯矩全为增加,右拱腰的弯矩受到的影响最大;新建隧道施工对既有隧道L8截面的影响较小,对L1和L4截面的影响非常明显,当间距小于L8截面情况时应采取加固措施。     

隧道大变形灾害施工监控技术研究

针对隧道大变形灾害监控操作危险、干扰施工等困难,研究灾害监测的特点和要求,开发隧道位移实时监测系统,制定灾害监测系统方案,并应用于湖南酉水3号4、号隧道大变形监测。实施效果表明,对隧道大变形灾害处治过程和灾后施工开展远程监测,可以保障施工安全,优化加固措施,评价灾后结构安全性,可供其它工程借鉴。     

黄土隧道围岩稳定性粘弹塑性有限元分析

模拟分析黄土隧洞围岩稳定性对了解黄土隧洞变形破坏机理,对黄土隧洞设计施工理论具有重要意义.采用粘弹塑性模型对黄土隧道围岩进行有限元分析,研究围岩的变形规律,探讨围岩位移场分布,并同真实试验黄土隧道的侧面无衬砌和半衬砌两种工况各3种状态的变形破坏结果进行比较,发现用有限元方法模拟的结果与真实隧道的变形破坏过程基本吻合,此结果可为类似的黄土隧道工程的设计施工提供参考.     

乌鞘岭特长隧道复杂地质条件下断层带应力及变形现场监测分析

乌鞘岭隧道是我国迄今为止已建成最长的单线铁路隧道,隧道总长约为20.05 km,而F7断层是乌鞘岭隧道中最长、地质条件最为复杂的活动断层,对隧道施工十分不利。根据F7断层特点及施工中遇到的问题,在乌鞘岭隧道岭脊地段F7断层区段,对洞室开挖后的围岩及支护衬砌结构进行各项应力监测和收敛变形监测,分析了围岩、衬砌系统受力及变形变化趋势,从而探究围岩挤压大变形的机制,掌握围岩应力释放与围岩压力的作用规律;并根据现场监测结果,提出对隧道穿越F7断层区段的断面采用动态优化设计方案及改进的施工措施,避免隧道出现大变形,从而保证隧道穿越F7断层区段安全、快速的进行。     

紧邻多孔交叠盾构隧道施工影响分析

紧邻多孔交叠隧道是随着地铁建设的不断深入发展而出现的一种复杂的隧道空间分布形式。依托武汉地铁2号线和4号线工程,针对4孔紧邻交叠隧道,采用三维有限元方法分析了隧道动态施工过程引起的地表变形规律以及后建隧道对已建隧道受力与变形的影响。计算结果表明：隧道埋深对地表变形影响显著;紧邻4孔交叠隧道施工引起的地表最终变形达到了32 mm,超出了规范的限值;隧道埋深越大,引起的地表变形越小,但影响的范围越大;紧邻4孔交叠隧道施工时的影响范围为：前方约为30 m、后方约25 m、单侧约30 m;隧道的变形主要表现为上下压扁,两拱腰外扩,变成倒鸭蛋形;隧道的变形主要发生在盾构机刀盘通过前后约1D的范围内,随后很快趋于稳定;隧道结构的沉降主要取决于隧道自身以及其上部的垂直隧道的施工,邻近隧道的施工主要影响已建隧道的侧向变形;后建隧道将少量增加已建隧道管片内的内力。研究成果可为武汉地铁建设以及国内今后类似工程的设计与施工提供参考和指导     

分岔隧道变形监测与施工对策研究

分岔隧道是一种新型结构形式的隧道。以八字岭分岔隧道为工程背景,首先介绍了分岔隧道现场变形监测方法;接着分析了在当前支护和施工方案条件下隧道纵向变形特点、大拱段伴随开挖和支护进行表现出来的施工动态响应特点及隧道开挖面表现出来的空间效应特点。最后,在分析隧道变形特点的基础上,给出了相应的施工对策。研究结果为分岔隧道的设计、施工提供了必要的依据。     

盾构近距离下穿对已建地铁隧道的位移影响及施工控制

通过对盾构近距离下穿杭州地铁1号线已建隧道施工过程进行监测,针对盾构近距离、小角度下穿对已建隧道位移的影响过程和特点,研究了盾构机与已建地铁隧道相对位置关系不同时,已建隧道的隆沉、水平位移及收敛位移变化规律。对盾构参数进行实时记录,通过反馈的已建隧道位移监测进一步优化盾构施工参数,合理盾构参数的设置可以有效控制既有隧道变形在允许范围内。已建隧道变形规律显示,盾构隧道在距离已建隧道20 m以外工况下,对上部已建隧道影响很小;盾构整个过程中已建隧道穿越交叉点竖向和水平位移变化过程大致经历5个阶段。     

Timoshenko beam solution for the response of existing tunnels because of tunneling underneath

An analytical solution for the deflection and internal forces of an existing tunnel because of tunneling underneath is presented. The existing tunnel is modeled as a Timoshenko beam resting on a Winkler foundation, which takes into account the contribution of shear deformation to the total deflection of the existing tunnel. The validity of the analytical solution is verified by a centrifuge test, and the merit of this analytical method is confirmed by comparison with the conventional Euler–Bernoulli beam model. Influential factors on the behavior of the existing tunnel are investigated by consideration of the variations of subgrade modulus, ground loss induced by the new tunnel construction, vertical clearance between the new tunnel and the existing tunnel, and relative existing tunnel–soil stiffness. Results show that the proposed analytical method is a valid and effective method to evaluate shearing‐induced deformation in existing tunnels with large diameters. Results also show that the pattern and the amplitude of the response of the existing tunnel are affected largely by ground loss induced by the new tunnel construction, vertical clearance between the new tunnel and the existing tunnel, and relative existing tunnel–soil stiffness. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

交叉隧道施工中新建隧道周围复合地层与间距对既有隧道的沉降影响研究

沿海地区特别是广州地区地铁建设多在复合地层中进行盾构施工,开挖引起的地层沉降很难控制,如何防止大面积的地层沉降,保证既有建(构)物安全成为施工难题。基于此,本文提出了复合地层盾构施工的地质概化模型,运用三维有限元方法对交叉隧道盾构施工进行了建模分析,研究了不同的复合地层类型及不同的覆土厚度与间距下,新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道沉降的影响。结果表明,新建隧道在近似均一土层中下穿施工引起的既有隧道沉降最大,上软下硬地层次之,长距离硬岩段最小,沉降随土层弹性模量的增加而减小;同时,既有隧道沉降随覆土厚度的增加而增大;随隧道间距的增大而减小,当间距小于2倍衬砌外径时,既有隧道沉降较大,存在损坏的危险。最后,提出了相应的沉降控制对策。     

移动环形荷载作用下饱和土中圆形衬砌隧洞动力响应研究

基于Biot理论,研究了饱和土中带有衬砌的圆形隧洞在移动环形荷载作用下的动力响应。假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,引入两类势函数来表示土体、孔隙水和衬砌的位移,使隧洞的控制方程解耦。结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到频率-波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力解答,最后用傅立叶积分逆变换得到时-空域中的数值解。计算并比较了3种隧洞模型（弹性土体隧洞、饱和土体隧洞和饱和土衬砌隧洞）的动力响应分析。数值分析结果说明：（1）移动荷载速度对3种隧洞动力响应均具有较大影响;（2）弹性土体隧洞和饱和土体隧洞的动力响应具有明显区别,所以在富水地区的隧洞动力响应中土体应该视为饱和土体;（3）衬砌对隧洞动力响应有较大影响,故隧洞的动力分析中不能忽略衬砌作用。     

Improving the existing roadway tunnels capacity by adding new tunnels—a structural approach

The roadway tunnel is considered a good solution for the success of modern roadway networks. It can help to overcome possible traffic congestion and considerably reduce journey time. The continuous growth of traffic volumes leads to increase congestion and decrease safety. This leads to the need for extra tunnel space. The extra tunnel space can be achieved either by the widening of the existing tunnel or by adding a new one. The choice of the suitable method is dependent on many factors like tunnels alignment, site conditions, construction method, tunnel operation, risk assessment…etc. The current research investigates the second alternative through a specific case study as an example. The method comprises adding two new tunnels to an existing twin roadway tunnels. The investigated problem considers the new tunnels to be added vertically or horizontally. The influence of the new tunnel construction on the existing tunnels is investigated considering both the variation of relative position and spacing distance in a parametric study context. Several numerical models are employed to check the construction sequence and the tunnelling safety. These models are used to evaluate the induced stresses in surrounding ground for two different soil types, straining actions in tunnels’ liner and deformations of both ground and liner. The result demonstration shows how to find out the minimum practical and safe spacing distance between the driven new tunnels and the existing ones without the need for the relatively expensive soil strengthening techniques.     

地震动力作用下土-地铁隧道模型分析

针对地铁建设中典型的马蹄形断面隧道建立比例尺为1∶20的分析模型,并采用数值分析方法研究马蹄形隧道处于单一土层及工程所处区域典型的成层土体中时的动力响应。分析结果表明,在单一土层中由于土体的约束作用,结构产生的位移以整体沉降为主,在成层土体中除产生一定的整体变形外还伴随一定的扭转变形。在两种地层情况下马蹄形地铁隧道在地震动力作用下的动力加速度响应、竖向位移均在拱顶处产生最大值,其中在单一土层中的加速度响应最大值为结构中部加速度的2.29倍。结构在顶部和侧板处所产生的动应力响应值也较大。研究表明,地震动力荷载作用下顶板、侧板均为受力较大部位,在设计和施工中应予以充分重视。     

考虑孔隙水压力及非线性Mohr-Coulomb破坏准则下浅埋土质隧道三维塌落机制的上限分析

浅埋土质隧道的稳定性研究一直是隧道工程的关键问题,而孔隙水压力的存在影响着浅埋土质隧道的安全。构建了隧道顶部为圆弧形的浅埋土质隧道的三维塌落机制,基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则和极限分析上限法,并考虑孔隙水压力的作用,推导出浅埋土质隧道的塌落范围及支护力的最优上限解计算公式。通过与既有研究进行对比,验证了所提方法的合理性。分析了不同参数对塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响,结果表明：孔隙水压力对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力有着显著的影响;孔隙水压力对塌落范围、塌落土体重力的影响比较复杂,而支护力都随着孔隙水压力系数的增大而增大;不同参数对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响规律不同。新方法可为浅埋土质隧道的设计优化提供理论支撑。     

考虑二期荷载的高填明洞加筋减载土压力计算

随着城市建设的迅速发展,既有高填明洞填土顶面将不可避免地出现新增结构物等二期荷载的情况。为了明确明洞回填完成后新增二期荷载对其顶部垂直土压力的影响,在已有明洞减载结构土压力计算公式的基础上,利用土体沉降弹性理论计算公式建立了土工格栅变形与土体沉降变形的关系,并考虑二期荷载作用,进一步完善了高填明洞减载前后的洞顶垂直土压力计算公式。建立数值分析模型,将数值分析结果与文中公式计算结果进行了对比。结果表明：公式计算与数值分析结果较为接近,表现出相同的规律性;有无减载措施对明洞回填土压力影响较大,填土越高,减载越显著,实际作用在明洞顶土压力越小。新增二期荷载作用下的明洞顶垂直土压力计算,应考虑其对土体沉降变形的影响,而非简单叠加。     

地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形

对地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形计算方法进行研究。考虑盾构轴线与水平面的夹角 （即隧道埋深变化）,对林存刚公式进行修正,结合正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆压力和土体损失的共同作用,提出全新的土体垂直变形计算公式。算例分析结果表明：在隧道埋深较浅工况下,新方法计算结果与林存刚公式的计算结果差异较大,新方法计算得到的开挖面前方地面隆起和后方地面沉降均较大;盾构上仰掘进时,随着 增大,由正面附加推力、盾壳摩擦力及土体损失引起的纵向土体垂直变形曲线呈上移趋势,由附加注浆压力引起的纵向土体垂直变形曲线则呈下移趋势;地面沉降最大值变小,但地面横向沉降槽范围逐渐变大。     

Three‐dimensional finite element analysis of lined tunnels

This paper describes finite element procedures that have been developed to model the ground movements that occur when a shallow tunnel is installed in a clay soil. This study is part of a wider project concerned with the development of new methods to predict the likely extent of damage to surface structures caused by nearby shallow tunnelling. This particular paper, however, is concerned only with the numerical model of tunnel installation. The structural liner is an important component of this tunnel installation model; two different ways of modelling the liner (based on continuum elements and shell elements) are discussed in the paper. A test problem consisting of the installation of a lined tunnel in an elastic continuum is used to investigate the merits of these different approaches. When continuum elements are used to model the liner, the numerical results agree well with an analytical solution to the problem. When shell elements are used to model the liner, however, the results were found to be significantly influenced by the particular formulation adopted for the shell elements. Example analyses, involving incremental tunnel construction in a clay soil where the soil is modelled using a kinematic hardening plasticity model, are described. These analyses confirm that a thin layer of continuum elements may be used, satisfactorily, to model tunnel linings in a soil–structure interaction analysis of this sort. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统;通过模型试验,研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外,采用FLAC3D软件,对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较,地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力;（2）对于桩径和水平相对距离都相同,但桩长不同的桩基荷载,桩长与隧道埋深比值为1.0时,对隧道开挖效应影响最大,二者比值小于1.0时,其影响程度随着比值的减小而减小,二者比值大于1.0时,桩长的改变对隧道开挖效应影响较小;（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载,对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大,桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0.5～4.0时,桩基荷载对隧道开挖效应影响较大,隧道较危险,比值介于4.0～6.0时,影响较小,比值＞6.0时,影响可以忽略不计。