盾构法隧道施工对邻近摩擦单桩影响的研究

采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟盾构施工,通过变化隧道埋深、隧道数量及开挖顺序研究盾构法开挖隧道对邻近摩擦单桩的影响。计算结果表明,隧道与桩的水平距离不变时,隧道埋深存在一个临界值,当隧道埋深为此临界值时隧道开挖引起的桩顶沉降、桩身侧移最大;隧道埋深较小时,隧道开挖会使桩产生较小的上移;隧道与桩的水平距离缩小相同值时,隧道埋深越小,开挖引起的桩顶沉降增加量越大;双隧道开挖引起的桩顶最终沉降量大于单隧道开挖引起的桩顶最终沉降量;双隧道同时开挖引起的桩顶沉降量、桩顶最大侧移大于双隧道先后开挖引起的桩顶沉降量、桩顶最大侧移;无论是同时开挖还是先后开挖,垂直双隧道引起的桩顶沉降量明显小于平行双隧道引起的桩顶沉降量。     

盾构地铁隧道穿越既有铁路桥的沉降分析

HTSS以大连地铁2号线香沙区间盾构隧道下穿铁路桥特殊地段为依托,通过三维有限元程序仿真模拟以及工程现场动态监测,研究盾构施工法对周围地层变形的影响和盾构下穿铁路桥造成的沉降特征。结果表明:盾构开挖引起的地表沉降经历了5个阶段,即初期扰动沉降、开挖面前部沉降、盾构机正上方沉降、盾构通过沉降、后期固结沉降;地表沉降整体为一个凹槽形,即隧道中心线地表沉降大,隧道两边沉降较小,按隧道横截面轴线左右对称,符合地表沉降机理,并与现场监测数据一致;距离开挖隧道越近,总体沉降位移越大,盾构开挖小于20 m时,其沉降位移沿着横向与纵向都有扩展,隧道开挖至40 m时,沉降位移主要沿着纵向扩展,横向扩展不明显;不同深度的上部土体沉降呈漏斗形,即隧道正上方沉降最大,两边沉降递减,沉降曲线基本对称,地表右侧受右线隧道开挖影响,沉降量略大于左侧;桥桩底端处于隧道拱顶上,且整个桩身处于破裂面之上,属于短桩范畴,桥桩变形主要以受土体作用而产生的竖向沉降变形为主。     

盾构施工对大型立交桥超长桩工作性状的影响

盾构近距离穿越大型立交桥超长桩基础会对桩基础及上部桥梁结构产生不利影响。通过对盾构近距离侧穿超长桩基础过程进行数值模拟,研究了不同深度处盾构掘进对超长桩承载性状、变形和内力的影响。研究表明：盾构近距侧穿超长桩会导致桩身出现较大变形及内力,且隧道轴线与超长桩处于不同相对位置时会对桩的特性产生不同影响。其他条件不变时,盾构从桩身上部的近距离穿越,将引起桩身最大的横向水平位移;盾构从桩身中部近距离穿越则将引起桩身产生沿盾构掘进方向的最大的水平位移;盾构从桩端附近穿越时将引起桩身产生最大的竖向位移;盾构从桩身中下部穿越时将引起桩身产生最大的附加轴力。桩身侧阻在隧道轴线附近呈“S”型,同时桩身轴力最大值也出现在隧道轴线附近。盾构导致桩身产生纵向和横向变形延伸至桥面高度的变形量相当可观。当盾构穿越高架桥梁基础时应该严格控制桩顶水平位移。     

盾构机下穿桩基施工对单桩承载力影响的数值研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发,利用内嵌FISH语言编程,对盾构隧道动态施工过程中上部基桩承载力的影响进行数值仿真模拟,模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。从桩侧摩阻力、桩端阻力等方面对盾构开挖过程中上部桩基承载力进行分析,以及土仓压力变化对承载力影响。研究结果表明:随着隧道开挖,桩侧摩阻力、桩端阻力发生复杂变化,桩底部出现负摩擦力,桩端轴力为拉力,对基桩竖向极限承载力有一定的影响;并且开挖面距桩轴线不同位置,土仓压力对基桩竖向极限承载力影响不同。     

盾构隧道穿越苏州河对防汛墙的影响分析

轨道交通11号线盾构隧道穿越苏州河将会对防汛墙的安全造成影响。为保证盾构顺利实施,拔高影响盾构穿越的桩基,采用双跨门洞式的结构型式对防汛墙结构加固改造。在保证防汛墙安全的前提下,为隧道穿越预留了足够空间。运用有限元数值模拟方法建立计算模型,对隧道穿越前后防汛墙结构的受力和变形形态进行分析。研究结果表明,隧道穿越前底板呈连续梁变形规律,长桩桩身中部和短桩桩端呈向外侧扩张的趋势,整个结构受力性状符合门洞式刚架结构的特性。隧道穿越后,底板的变形趋势与隧道穿越前变形规律相似,最大变形位于隧道上部跨中部位,而桩基变形形态则完全不同,隧道开挖引起长桩桩身中部和短桩桩端向隧道侧的变形,长桩呈挠曲变形,桩身最大变形位于隧道拱轴线附近,短桩呈刚体变形,最大变形位于桩端。经与实测沉降数据对比,盾构的穿越对防汛墙变形的影响处于可控状态,整体防汛墙计算沉降值与实测值较为接近。     

盾构隧道施工对邻近承载桩基影响研究

针对苏州轻轨1号线成层非均质土地基,选用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,建立三维有限元数值模型,研究非均质土中盾构隧道施工对邻近承载桩基工作性状的影响规律。数值计算结果表明,随着成层非均质土中各土层软硬程度差异的增大,隧道开挖会在邻近承载单桩引起明显反弯点,且桩体沉降亦随之增大;位于上软下硬成层土中的承载单桩桩身正弯矩更大,且该正弯矩出现在桩身中上部的反弯点部位,而上硬下软成层土中的承载单桩下部出现更大的负弯矩;与均质土中同位置承载单桩相比,位于上软下硬成层土中承载单桩桩顶及桩端轴力均更大,而位于上硬下软成层土中承载单桩桩顶轴力则更小。不同竖向集中荷载作用下,非均质土中盾构隧道开挖引起的承载群桩中前桩水平位移沿桩身分布与同位置承载单桩重合,后桩挠曲程度小于承载单桩;盾构隧道施工对承载群桩内力的影响明显高于对变形的影响。     

平行盾构隧道施工对既有隧道影响的数值分析

采用三维有限元方法对平行盾构隧道施工进行模拟,分析新隧道动态掘进时既有隧道位移、变形和内力的变化规律。模型中考虑了盾构机与管片衬砌相互作用,管片衬砌结构的横观各向同性性质。计算结果表明,既有隧道在盾构机附近主要产生纵向上的不均匀沉降和侧移,在盾构机后方主要产生横断面内的旋转。新隧道的修建还将使既有隧道受到“侧向加载“效应,使其横断面内的弯矩减小,轴力增大,且左、右侧受力不再对称。既有隧道纵向受力出现先受压、后受拉的特征,且在远离新隧道侧将出现最不利应力状态。分析表明盾构机顶进力、注浆压力和地层损失对既有隧道的影响较大,施工中应严格控制,而顶进反力的影响相对较小。该工作为类似工程的施工提供参考。     

软土地区双线区间盾构隧道施工对周边地表以及建筑物沉降的影响

研究盾构隧道施工对周围地面以及建筑物沉降造成的影响,是软土地区盾构隧道安全施工和正常运营的基础课题。为了分析宁波轨道交通5号线同德路站—石碶站区间双线盾构隧道施工对周边地表和建筑物的影响,本文在建立盾构隧道动态施工过程三维有限元模型的基础上,基于地表以及建筑物沉降数值模拟结果与现场监测值的对比,分析了隧道开挖对隧道周围地表沉降与建筑物沉降的影响。结果表明,掘进完成时,开挖方向沉降槽往上行线隧道方向偏移、呈现倒梯形形态,横断面影响区域为距离双线隧道轴线中心小于3倍隧道直径;上行线在下行线开挖后并不会增加地表沉降,但增大了沉降槽宽度;下行线到达前产生的沉降占最终累计沉降的67%;当盾构掘进面刚到达建筑物时、建筑物的倾斜方向与盾构掘进方向一致,当盾构掘进面离开建筑物时、建筑物将沿着盾构掘进的反方向倾斜;建筑物两侧沉降值较中部沉降值降低了83%;双线贯通后建筑物沉降呈“U”形分布,最大沉降量发生在远离隧道一侧距建筑物中心0.5 m处。     

盾构隧道施工对临近桥桩影响数值及现场监测研究

随着城市内地铁盾构区间隧道临近城市道路桥桩工程的增多,急需研究盾构隧道临近桥桩施工对桥桩的变形影响问题。采用有限元数值计算方法,结合盾构隧道穿越桥桩实际工程,建立了盾构隧道施工对临近桥桩影响的数值分析模型,模拟盾构隧道施工,对盾构隧道穿越临近桥桩的桩体沉降、桩体侧移、地表沉降进行了数值分析研究,盾构隧道穿越时及穿越后桩体沉降、桩体侧移、地表沉降控制结果较为理想,桩体处于稳定状态。结合现场监测成果,对数值计算结果和监测结果进行对比分析,表明采用的数值分析计算模型、参数取值对盾构隧道施工对临近桥桩影响的模拟是可靠的,可以运用文中的数值计算方法预测后续盾构隧道施工引起临近桥桩沉降、桩体侧移和地表沉降结果。     

桩底沉渣对嵌岩钻孔灌注桩承载性状影响研究

结合某嵌岩灌注桩工程,采用弹塑性有限元方法模拟桩底有沉渣条件下,桩底沉渣对桩的承载性状影响,分析有桩底沉渣情况下荷载-沉降曲线、桩身轴力和侧摩阻力、桩端阻力和总侧阻力的变化情况,有限元模拟荷载-沉降曲线与实测曲线相符,由于桩底沉渣的存在,大大降低了桩端阻力,从而降低桩的极限承载力,增大了桩顶沉降。     

天津软土地区盾构掘进对上方建筑物影响分析

以天津地铁2号线下穿多层建筑物的盾构隧道为例,建立了盾构下穿空旷场地以及下穿建筑物的有限元模型,计算结果与现场实测数据进行了对比验证。在此基础上分析了在天津软土地区盾构隧道施工对地表沉降及多层砌体结构建筑物差异沉降的影响,并对采用小应变土体本构模型与硬化土本构模型的计算结果进行比较。结果表明,采用小应变本构模型的地表最大沉降和横向沉降槽宽度与实测数据吻合良好。盾构斜下穿砌体结构房屋时,建筑物有偏向隧道轴线方向的倾斜,采用小应变土体本构模型的计算结果可以更好地反映建筑物的倾斜斜率的变化。因此,研究软土地区盾构掘进对上方建筑物沉降影响的精细化分析时应考虑土体小应变的影响。     

盾构施工地表沉降自动化监测及数据移动发布系统

地表沉降监测是盾构信息化施工的重要组成部分,对优化盾构施工参数,保证施工安全具有十分重要的意义。为了及时共享和反馈监测成果,提高监测信息管理与数据分析的效率,采用Microsoft Visual Studio .Net编程技术和MySQL数据库开发了沉降自动化监测及数据移动发布系统,实现了24 h监测数据的自动化采集、分析和移动端推送,并将该系统应用于南宁轨道交通1号线盾构隧道下穿南宁火车站铁路股道及站房工程,获得盾构推进过程中的地表沉降及火车轨道沉降的变化规律。通过监测数据和分析成果的及时反馈,优化了盾构机施工参数,有效保证了盾构掘进和周边环境的安全。     

盾构隧道平行侧穿诱发的建筑纵向沉降实测与模拟分析

当盾构隧道平行侧穿建筑物时,大多关注建筑物的横向沉降规律,对其纵向沉降关注较少。为此,针对盾构隧道平行侧穿建筑物引发的空间变形开展研究。首先,对天津地铁6号线平行侧穿四座结构形式相近的砖混建筑的实测数据进行分析,得到建筑物基本变形模式;基于工程实测并考虑土体的小应变硬化特性建立三维有限元数值分析模型,研究了盾构侧穿引发的建筑物纵向挠曲、土体变形与应力变化规律,并分析了不同建筑平面长宽比的影响。结果表明,盾构隧道平行侧穿将诱发平面长宽比较大的建筑出现"下凹式"挠曲变形,纵墙中部沉降最大可为其角点沉降的2倍,平行侧穿并不能简化为平面应变问题进行分析。建筑物修建和盾构开挖将导致隧道上方土体经历较为复杂的应力变化过程,并可划分为6个阶段。沿建筑纵向基础中部的土体与边缘土体相比,其首先经历更大的压缩变形(建筑施工导致),在盾构穿越后又产生了更大的卸荷变形。当建筑平面长宽比小于2时,盾构开挖导致的纵向挠曲变形将显著减小。     

盾构法隧道施工的精细模拟

在分析了现有的部分细节仿真中存在问题基础上,提出在盾构开挖面前方设置开挖卸荷单元,来模拟开挖面土体的三维移动,改进了千斤顶推力的施加方法.通过施加已知结点位移模拟刀盘超挖和盾尾脱空引起的地层损失,并通过设置横向和纵向三维Goodman接触面来模拟盾构前行、盾尾脱空及注浆作用下土体与结构间的接触.利用推荐的方法对一算例进行分析.结果证明了模拟方法的合理性.     

隧道盾构施工引起邻近建筑物及其桩基变形的数值分析

以天津地铁2号线隧道盾构施工为背景,取沿盾构轴线右侧一6层框架居民楼为研究对象,基于ABAQUS软件,建立了隧道和邻近建筑物及其桩基的计算模型,分析盾构施工对邻近建筑物及其桩基础变形的影响。结果表明,隧道盾构施工导致地表沉降,引起框架结构及其桩基变形,框架整体向隧道盾构一侧倾斜。其中框架梁靠近中柱一端沉降较大,而框架中柱及其桩基也较两侧边柱及其桩基的沉降大。同时表明,盾构施工对邻近建筑物及地下桩基变形产生的影响是整体相关的,在隧道盾构施工时应引起相关设计与施工部门的注意。      

近距离叠交隧道盾构施工对老隧道影响的数值模拟

以上海市轨道交通明珠线二期工程浦东南路站-南浦大桥站区间近距离叠交隧道盾构施工为研究对象,采用三维非线性有限元,对近距离叠交情况下后建隧道盾构施工引起老隧道衬砌的应力和变形进行了模拟,并研究了土层性质、隧道覆土厚度、隧道间相对位置、隧道间相对距离等因素与隧道间影响的关系。结果表明,隧道间相对位置、相对距离对隧道间相互作用的影响非常大,应引起足够的重视。     

盾构隧道施工引起地表下土体变位的分析评估

目前对盾构隧道施工引起的地表下土体变位进行预测分析的研究还相对较少,尤其是缺乏简单实用的工程估算方法。在深埋隧道周围土体弹性位移计算方法及盾构间隙参数研究成果的基础上,通过相应的分析和假设提出了一种预测盾构隧道施工引起地表下土体水平变位的简便估算方法。另外,在已有研究成果基础上,提出了一种新的盾构隧道沉降槽的描述方法,并结合Mair等提出的计算公式对盾构隧道施工引起的地表下土体沉降变位进行预测。通过与有限元计算结果及一些典型盾构隧道监测数据的对比分析,证明提出的估算方法能够较好地预测实际工程中盾构隧道施工引起的地表下土体的变位情况。