盾构施工仿真及其相邻影响的数值分析

针对地下结构传统的简化计算方法的不足,采用适应性较强的有限元法,对盾构隧道施工过程中的施工步骤、管片与土层接触面以及开挖过程中地应力释放等多方面进行了有限元模拟,并且利用同济曙光软件计算和分析了盾构施工对临近构筑物的影响以及地层的变化情况,从计算结果来看是较为满意的。能够为盾构隧道衬砌的设计和施工提供有益的参考。     

地震动下考虑各向异性土体-盾构隧道数值模拟

针对层状土体-盾构隧道地震反应分析,引入了横观各向同性弹塑性模型,建立了横观各向同性介质的双渐近-多向透射边界条件。针对盾构隧道抗震设计的特点,基于横观各向同性弹塑性模型,研制了考虑层状土体各向异性和施工开挖效应,适合于地下结构动力计算的弹塑性动力有限元程序。在程序中对不同的材料采用了不同的本构关系和单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可同时进行横观各向同性土体与地下结构的平面应力、平面应变和轴对称问题的静动力有限元分析。最后,利用所研制的程序对上海地铁二号线石门一路站附近区间隧道在不同超越概率地震波输入下的地震反应进行了计算。结果表明,在层状土体-地铁盾构隧道的抗震分析中考虑土体各向异性的影响是必要的,所提出的计算模型是合理易行的。     

双圆盾构隧道施工对平行既有隧道的影响分析

对双圆（DOT）盾构隧道周围土体采用椭圆形非等量径向位移模式,在镜像法基本原理上,推导土体损失引起的附加应力计算公式,研究双圆盾构正面附加推力、双圆盾构机与土体之间的摩擦力以及土体损失在平行既有隧道上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明,附加荷载的变化规律与双圆盾构机和邻近平行隧道的相对位置密切相关,是一个三维问题;随着双圆盾构机开挖面通过前后,附加荷载由压力变为拉力;土体损失是引起相邻隧道上附加荷载的主要因素,其次分别是盾壳摩擦力和正面附加推力;已建隧道受到的附加荷载变化规律与其和双圆盾构机的净距 S 密切相关,随着 S 的减 小,附加荷载急剧增大;随着平行既有隧道轴线埋深的变化,在轴线位置处,双圆盾构机对平行既有隧道的附加荷载影响最大。     

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。     

新建盾构隧道上穿对既有隧道的变形影响分析

针对上海地铁11号线上、下穿越既有地铁4号线的多线叠交复杂工况,构建三维弹塑性有限元模型,研究在不同净距、不同土仓压力、不同注浆量下新建隧道盾构穿越对既有隧道管片变形的影响。根据模拟结果和实测数据,结合因素正交分析,提出多线叠交隧道施工影响系数的概念。研究结果表明,在新建隧道穿越既有隧道的过程中,新旧隧道之间的净距在影响系数中所占权重最大,土仓压力次之,注浆量权重较小。研究成果可为多线叠交盾构隧道施工微扰动控制技术以及隧道变形计算提供一定的理论基础。     

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。     

双线平行盾构隧道施工引起的三维土体变形研究

基于双线水平平行盾构施工中土体损失引起的土体变形二维解析解,建立土体变形三维解析解。取不同的纵向位置作为变量,建立土体损失率沿纵向的变化方程;考虑先行隧道施工对后行隧道的影响,分别计算两条盾构隧道施工引起的土体变形,叠加得到双线平行盾构施工引起的土体总变形。其方法能够计算土体深层沉降和水平位移,较精确地反映土体三维变形。算例分析结果表明：预测值与实测值较为吻合;土体沉降随着离开挖面距离的增加而不断增大,最终在x = -40 m左右时趋于稳定;随着先行隧道与后行隧道开挖距离的接近,最大土体总沉降量逐渐增大;土体沉降会随着深度z的增大而略微增加,但沉降槽宽度将略微减小;随着两条隧道轴线水平距离L的增大,最大土体沉降逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型,不再符合正态分布规律。     

盾构近接隧道施工力学行为分析

在地下工程近接施工中,新建结构物的施工会改变既有结构物的受力状态,从而对既有结构物产生各种不利影响。由于新建结构物的受力模式不同于半无限体或无限体中修建单一洞室的一般状况,其初始应力场往往经过多次扰动,施工时将再次进行扰动,表现出极大的变异性。通过三维仿真计算,模拟了盾构机上作用3种不同推进力时对既有运营隧道变形和主应力的影响,以对是否加固既有运营地铁隧道给出建议,同时对最大推进力作用下随着盾构隧道的开挖对既有地铁隧道轨底倾斜度的影响进行了分析。分析计算得出的结论对于盾构隧道设计和施工有一定指导意义。     

盾构近距离穿越已建隧道的施工影响分析

随着城市地铁的持续建设,近接既有地下建筑进行施工的工程大量涌现。由于受地质条件和施工工艺的限制,盾构推进难免会对邻近建(构)筑物产生扰动,由此引发一系列的环境病害。针对过黄浦江行人观光隧道从上部穿越刚刚建成的上海地铁2号线越江区间隧道,建立了三维有限元计算模型,研究了由于盾构推进而引起的地层扰动变形的规律性,并对已建隧道产生的施工影响进行了分析,并给出了相关的结论。     

盾构隧道施工地表变形分析与三维有限元模拟

随着地表建、构筑物密度与日俱增,在地铁建造过程中对地表环境的保护是一个越来越不容忽视的难题。盾构法隧道施工技术成功地应用于地铁施工之后,如何合理预测和控制盾构施工对地表变形的影响就成为了一个新课题。在查阅大量文献的基础上,总结前人的计算方法,利用有限元方法对某盾构隧道工程进行了三维的变形模拟分析,与实测的数据比较计算结果较为满意。     

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。     

盾构近距离穿越相邻隧道施工的数值解析

近距离穿越施工时盾构对周围地层位移场的影响明显不同于常规施工.结合上海地铁隧道近距离穿越工程实例,运用边界单元法模拟分析了掘进施工过程中盾构对已建建筑的影响,同时对施工参数进行了理论探讨.结果表明,盾构壳体是影响周围地层的主要因素,而且其影响具有滞后性和累积特性,在施工中需要超前控制.     

天津地铁盾构施工地层变形实测及动态模拟

以天津地铁一号线工程为背景,通过现场实测得到了盾构推进过程中地表的变形规律和隧道周围土体的扰动规律。利用有限元程序ABAQUS的单元生死技术模拟盾构前进过程,并对工程盾构开挖过程进行了仿真模拟。结果表明计算值与实测值吻合良好。     

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.     

南京地铁区间盾构隧道"下穿"玄武湖公路隧道施工的关键技术研究

针对南京地铁区间盾构隧道“下穿”玄武湖公路隧道的超近接施工力学行为,进行了三维有限元数值模拟研究。研究结果表明,对于玄武湖隧道这种“卸荷”型地下建筑物,在其下方修筑盾构隧道时不宜采用“加大推进力-快速通过”盾构施工模式。相反地,在距玄武湖隧道不低于6m处,为盾构机推进力量值切换点,应降低推进力-放慢掘进速度,并对玄武湖隧道底板进行监测,以保证超近接结构物的安全。     

盾构机穿越江河浅覆土层最小埋深的研究

盾构机穿越江、海、湖泊等浅覆土层时,由于隧道衬砌所受浮力作用,上部覆土厚度极为重要。针对传统上覆土层厚度计算方法中没有考虑土体自身剪切强度对抗浮作用发挥的问题,提出了一个新的覆土厚度计算方法,并通过算例对所提的计算方法与简化计算方法进行对比分析。说明了新的计算方法比传统计算方法更符合实际。最后,通过有限元数值计算浅覆土层的应力、应变情况,进一步验证了该计算方法的合理性。     

地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析

在总结地铁盾构施工的控制原则以及盾构通过临近群桩的动态预测方法的基础上,结合武汉地铁的设计,采用数值模拟方法对地铁盾构穿越汉口火车站区时地面及建筑物桩群进行模拟,分析了盾构穿越一般底层和穿越群桩基础两种不同的情况的位移情况,从而对盾构隧道对城市地面以及建筑物的影响做出评价,提供了盾构穿越建筑物施工安全控制的建议。     

三管并行盾构隧道近接施工纵向效应离心模型试验研究

结合上海轨道交通9号线R413标段三管并行盾构隧道下穿沪杭铁路段工程,通过模拟盾构隧道的地层损失的方法,进行了离心模型试验,研究了设置地层加固和不设置地层加固情况下三管并行盾构隧道近接施工时的衬砌内力纵向效应规律。试验结果表明,中间隧道施工时,受其影响左右隧道拱腰位置弯矩和轴力均出现较大变化,设置地层加固可以有效减小纵向效应的影响,但仍需注意在施工中加强盾构壁后注浆,设置纵向钢架以减小近接施工纵向效应对管片尤其是接头处的影响。