盾构近距离穿越施工的工作面土压力研究

盾构近距离穿越已建地下构筑物位移场的影响因素及其敏感性与常规施工有较大的不同。结合上海地铁四号线隧道超近距离穿越运营地铁隧道的工程实例发现当盾构接近上方近距离（净距为1.05 m）地铁隧道时地层土压力发生较大变化,相应的盾构土舱管理压力需作相应调整。根据隧道受荷机理及弹性力学原理,找到了这一问题的理论依据,便推导了相关理论公式,并在实际工程中设计了盾构土仓管理压力分步台阶控制方案,对盾构控制起到了很好的指导作用,成功地将地铁位移控制在5 mm之内。土压力实测结果与理论推算的数值大小及分布相当接近,说明所采用的理论方法是正确可靠的,在盾构超近距离穿越施工中具有重要指导意义。     

基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究

为研究运营盾构隧道附近基坑开挖对隧道管片受力的影响,针对基坑开挖引起旁侧盾构隧道围压变化的机制进行了分析,提出了一种能描述隧道受力-位移-再平衡过程的附加围压重分布模型,并推导出附加围压的计算公式。采用修正惯用法计算相应围压作用下的衬砌内力。根据实际工程做算例分析,研究基坑开挖对盾构隧道围压和内力的影响,并进行影响因素分析。分析结果表明：基坑开挖前隧道围压呈“钟形”分布;当基坑开挖后,隧道两侧的围压减小,基坑开挖侧的围压减小量更多;基坑开挖会使旁侧隧道正负弯矩值和正负剪力值增大,拱顶和拱底的轴力减小;随着基坑侧壁应力释放系数的增大,附加围压和附加弯矩的绝对值都会增加,而弯矩对基坑开挖卸载的响应更为明显;埋深较浅的盾构隧道对旁侧基坑开挖的影响更敏感,埋深较大的隧道,尤其是埋深大于基坑开挖深度的隧道,对旁侧基坑开挖影响的敏感度会明显降低;随着基坑与旁侧隧道净距的增加,基坑开挖对隧道的影响也会减小。     

基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究

为研究运营盾构隧道附近基坑开挖对隧道管片受力的影响,针对基坑开挖引起旁侧盾构隧道围压变化的机理进行了分析,提出了一种能描述隧道受力-位移-再平衡过程的附加围压重分布模型,并推导出附加围压的计算公式。采用修正惯用法计算相应围压作用下的衬砌内力。根据实际工程做算例分析,研究基坑开挖对盾构隧道围压和内力的影响,并进行影响因素分析。分析结果表明:基坑开挖前隧道围压呈“钟形”分布;当基坑开挖后,隧道两侧的围压减小,基坑开挖侧的围压减小量更多;基坑开挖会使旁侧隧道正负弯矩值和正负剪力值增大,拱顶和拱底的轴力减小;随着基坑侧壁应力释放系数的增大,附加围压和附加弯矩的绝对值都会增加,而弯矩对基坑开挖卸载的响应更为明显;埋深较浅的盾构隧道对旁侧基坑开挖的影响更敏感,埋深较大的隧道,尤其是埋深大于基坑开挖深度的隧道,对旁侧基坑开挖影响的敏感度会明显降低。随着基坑与旁侧隧道净距的增加,基坑开挖对隧道的影响也会减小。     

基坑开挖对下方既有盾构隧道影响的实测与分析

对基坑开挖影响下方既有盾构隧道的机制进行了理论分析。收集了14个国内基坑工程实例,对实测数据进行了统计分析,结果表明：盾构隧道的最大竖向位移均为隆起,且有64%的隧道隆起值超过报警值(10 mm),提出了隧道最大隆起值的经验预测公式;隧道水平向位移较少量测,实测值较小;收敛变形由“水平向拉伸、竖向压缩”向“水平向压缩、竖向拉伸”转变。基于杭州市延安路某地下过街通道工程,研究了基坑开挖对下方地铁1号线盾构隧道变形的影响,对隧道竖向位移、水平向位移以及水平向收敛的实测数据进行了分析,其结果验证了理论分析和计算公式的可靠性。     

考虑空间效应的软土隧道上方卸荷变形分析

隧道上方基坑的空间效应对隧道变形存在较大影响,提出了一个新的可以考虑空间尺寸效应影响的卸荷比模型,该模型能综合考虑上方基坑深度、宽度和基坑沿隧道纵向长度的影响。通过三维有限元数值分析法和实测分析法,研究了上方基坑空间效应对隧道变形的影响。数值分析和监测数据表明,盾构隧道变形主要是由盾构隧道上方主要覆土区内的外部施工作业引起,主要覆土区之外基坑施工作业对隧道最大隆起量的影响较小,主要覆土区内隧道最大隆起量与提出的卸荷比近似呈线性关系。软土地区的隧道上方基坑工程可通过控制卸荷比来控制隧道的竖向变形。     

软土地区双侧深基坑施工对邻近地铁车站及盾构隧道变形影响的分析

以某软土地区邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑工程为背景,运用ABAQUS数值计算软件对邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑施工进行数值模拟,研究了双侧深基坑施工过程对基坑坑内土体隆起与坑外土体沉降的影响,分析了双侧深基坑施工过程中地铁车站及盾构隧道变形情况,得出地铁车站及盾构隧道变形规律。计算结果表明:基坑内侧土体隆起最大值为54.3 mm;围护结构X向位移最大值为32.8 mm,Y向位移最大值为26.8 mm;车站竖向位移最大值发生在A1区开挖至坑底工况,最大值为6.8 mm,而车站水平位移最大值为7.6 mm;弯矩累计增量最大值155.9 kN·m/m,经计算,施工过程对车站主体结构影响很小;盾构隧道X向水平位移最大值为4.7 mm;而盾构隧道沉降最大值为3.8 mm,发生在A1区开挖至坑底工况。      

基坑开挖对下卧运营地铁既有箱体影响的实测及分析

天津西站交通枢纽西青道下沉隧道工程上跨于已运营天津地铁1号线区间既有箱体,其上跨段隧道底板距既有箱体顶板仅0.3 m,需对其可能引起的既有隧道变形进行严格控制。设计中对运营线路有针对性地提出地基加固、分段开挖、及时堆载回压等施工方案及措施。通过对西青道下沉隧道下邻近既有地铁隧道的抗浮桩、三轴水泥搅拌桩施工和基坑开挖阶段的监测数据进行分析,研究了不同施工阶段的地铁箱体及轨道变形规律及特点。实测结果表明,在邻近既有地铁隧道处施工钻孔灌注桩可引起既有隧道下沉,基坑开挖可引起既有隧道上浮。分块开挖、分段压载并结合信息化施工可有效控制因开挖卸荷引起的既有隧道竖向位移及隧道箱体之间的差异变形。     

箱形隧道基坑下已建地铁盾构隧道隆起位移的控制分析与设计

结合南京火车站站前广场龙蟠路隧道（南侧）西段上跨已建成的地铁1号线双线盾构隧道时的基坑支护工程,采用排桩与桩板支护法有效地解决了基坑开挖中盾构隧道隆起位移控制的难题。并就箱形隧道基坑下已建地铁盾构隧道隆起位移的控制分析计算、排桩与桩板支护设计及施工方法、施工中的位移监控量测结果作了较详细地分析论述。     

基坑工程下地铁隧道隆起位移数值模拟分析

结合南京龙蟠路隧道（南侧）西段上跨既建成的地铁1号线双线盾构隧道的基坑工程,针对未经加固以及运用高压旋喷法加固基坑坑内地基两种工况,采用ANSYS对已建地铁盾构隧道隆起位移进行三维弹塑性有限元数值模拟。模拟计算结果表明,坑内未经加固基坑开挖后下部隧道隆起位移过大;坑内加固后基坑开挖不会造成下部隧道过大的隆起位移是安全可行的,该结论与工程实际监测结果相符。     

考虑土体硬化的基坑开挖性状及隆起稳定性分析

基坑开挖过程中,土体应力路径、卸载回弹再压缩特性与简单加载或卸载不同,采用常规的理想弹塑性模型模拟基坑开挖,得到的围护墙位移、坑内土体回弹以及坑外沉降较大。分析了基坑开挖不同区域土体的性状,采用土体硬化模型模拟基坑开挖的卸载与土体硬化行为,结合工程算例,对比土体硬化模型和理想弹塑性模拟以及实测的围护结构土压力、围护墙水平位移和坑外土体沉降,并利用强度折减法分析基坑的稳定性。计算结果表明,考虑土体硬化的HS模型有限元方法能体现土体卸载再加载与开挖的特性,所得土压力、围护结构水平位移以及基坑抗隆起稳定性符合软土地区基坑工程的实践。     

开挖卸荷状态下深基坑变形特性研究

深基坑开挖时因为卸荷作用会引起土体强度一定程度的降低,土体强度的降低会引起支护结构上土压力的变化,利用卸荷前土体强度指标进行土压力计算势必会小于实际情况,从而导致土体及支护结构变形计算值与实测值有一定的偏差。在深基坑开挖时,仅采用施工监测等手段进行事中控制是不够的,必须预先对变形值的发展规律做出模拟和预测。为探索深基坑开挖时,卸荷作用对基底土体和侧向土体强度特性和变形特性的影响规律,结合天津富力响锣湾大型基坑开挖,对开挖过程中土体基底回弹情况、支护结构以及周边土体的变形情况进行了全过程监测,利用试验结果数据计算出天津市富力响锣湾大型基坑开挖项目的卸荷强度参数,为后续数值模拟计算参数的选取提供了依据;利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,分别采用原状土的强度参数和卸荷参数对开挖过程中土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形情况进行了模拟,研究了两种情况下土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形规律,并将有限元模拟结果与监测结果进行了对比。研究发现,本工程土体卸荷后的扰动区在基底以下3～4 m范围,强度折减可达到20%～35%,根据卸荷比确定了周边土体强度折减为10%～15%;有限元模拟结果与实测值基本一致。通过分析可以看到,考虑基坑开挖卸荷作用是符合工程实际情况的,因此,建议在深基坑开挖设计时考虑土体的卸荷效应。该分析方法可为同类深基坑设计提供参考。     

基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析

根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据,对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究,探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。研究发现,基坑开挖前期围护结构施工和降水均对地层和邻近地铁产生了不容忽视的初始位移影响,围护结构长时间无支撑暴露是基坑侧移快速增长的危险时段;基坑开挖具有空间效应,中部侧向变形要大于边角,且单向开挖易造成后挖区土体的位移场和应力场叠加,引起邻近隧道的最大变形向后挖区偏移;基坑开挖深度与邻近地铁埋深相近时,隧道结构产生显著的水平位移和“横鸭蛋”式收敛变形,竖向位移波动不大;深层土体侧移曲线表现为“阶梯鼓肚形”,土体最大水平位移与隧道变形在小范围内呈线性关系,但随着侧移量的增大,隧道变形发生偏离拟合曲线的超线性增长,在工程中应值得关注。     

不同方向卸载对基坑支护位移内力的影响

基坑的开挖是一个水平和竖向压力同时卸载过程;为了研究不同方向卸载对基坑支护位移内力的影响,通过修正的邓肯－张模型模量公式,分别考虑只有水平和竖向卸载情况,对某基坑开挖进行了有限元模拟,发现水平卸载是产生水平位移的主要因素;与考虑水平卸载相比,只考虑竖向卸载时能够使支护产生负内力。通过分析,对支护结构上的实测内力总是小于设计值的原因作出了解释。     

卸载应力路径下黄土强度的神经网络预测

各种施工活动,将对应力状态与应力路径产生影响;在分析基坑开挖及隧道掘进等卸载作用对应力状态与应力路径影响的基础上,进行了不同应力路径的室内非常规三轴卸载试验,根据卸载试验结果,建立了以轴向与侧向卸(加)载增量比例、应力路径变化方向、卸(加)载前轴向与侧向初始固结应力为输入层参数、以轴向与侧向破坏应力为输出层参数的神经网络预测模型,并对卸载应力路径下黄土强度进行了神经网络预测及误差分析,其结果表明,预测值与试验值较为接近.     

复合桩基重复加卸载过程中侧向约束桩变位规律试验研究

复合桩基上堆载可能引起侧向约束桩侧移,导致侧向约束桩和复合桩基失稳破坏。采用室内模型试验研究复合桩基重复加、卸载过程中侧向约束桩水平变位规律。结果表明：（1）复合桩基上加载时,侧向约束桩的桩身侧移沿深度先增大、后减小、存在峰值,峰值随加载增大而增大,出现在距离地面0.4倍地面以下桩长处,峰值位移与桩顶（或地面）处位移的比例系数和发生侧移的桩身长度随荷载增大而增大;（2）复合桩基上重复加、卸载时,侧向约束桩的桩顶侧移随桩间距增大而增大,弹性变形则变小。中桩侧移比边桩大。桩顶侧移增长率随重复加载次数增加而减小。若荷载超过首次加载的最大荷载,侧向复合地基上加载-桩水平位移曲线将回到首次加载曲线的延长线,具有记忆效应。第 次卸载曲线与第i次卸载曲线线型相似且相互平行。每次卸载的初、中期,荷载的减小不影响桩顶侧移,只有卸载到最后1～2级时,侧移才开始减小,直到永久塑性变形。侧向约束桩的顶部水平位移回弹曲线特征与岩石或土在垂直加、卸载作用下的回弹曲线相似。     

土钉墙变形规律及其相关性的实测研究

根据基坑坡顶水平位移与沉降的实测数据,讨论了土钉墙坡顶水平位移和沉降以及水平位移与沉降之比的规律,并利用统计方法对其相关性进行了分析,根据实际施工工况与实测数据对比,指出影响土钉墙变形的关键因素及控制土钉墙变形的有效措施。实测数据分析结果表明：基坑坡顶变形的空间效应明显;采用放坡或坡顶卸载可以有效地控制土钉墙的变形;在基坑上部设置预应力锚杆对基坑变形控制具有明显的效果;基坑坡顶的沉降随其水平位移呈非线性增加,沉降与水平位移比与其水平位移基本呈线性增加;土钉基坑发生破坏时的坡顶水平位移的警戒值为0.8 %～1.0 %H。