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     

探地雷达法超前地质预报在某隧道施工中的应用

为了给隧道施工提供指导性资料,对某隧道出口DK1095+975掌子面进行了探地雷达法物探超前调查,目的是查明沿掌子面深度(前方)为30m范围内是否存在断层、溶洞或松散区等不良地质现象以及水文地质条件,起到确保施工安全、降低地质灾害和危害程度的目的,并为工程优化设计,提供地质依据和编制竣工文件提供地质资料。     

黄土地层地铁暗挖隧道地表纵向沉降规律及其预测分析方法

地铁隧道施工过程中,地表纵向沉降槽最大倾斜率及其出现的时机对地面和地下建筑物的安全评价非常重要。针对目前采用累积概率曲线描述纵向沉降曲线的不足,依据黄土地区地铁隧道暗挖施工引起地表纵向沉降槽特征的研究,寻求一种能反映地表纵向沉降规律的函数,引入掌子面地表位移释放率和地表纵向沉降最大斜率2个特征值,提出基于特征值的地表纵向沉降预测方法。研究结果表明,黄土地区暗挖法地铁隧道施工过程,老黄土-古土壤地层掌子面地表位移释放率和地表纵向沉降最大斜率均较大,饱和软黄土地层的较小。经过数学严密推导,提出一种考虑掌子面地表位移释放率和地表纵向沉降最大斜率的地表纵向沉降预测分析方法,分析了其随着特征值的敏感性,验证了预测方法的可靠性和合理性。研究成果对于分析和预测地铁隧道施工引起地表不均匀沉降对地面与地下建筑的影响具有重要的意义。     

富水断层隧道高位排水工法及其作用效果研究

大相岭隧道富水断层区段极易引起突水、突泥现象,具有很大施工风险,高位排水能够有效降低掌子面前方高水压力积聚程度。基于现场实测和动态流-固耦合数值力学方法,研究不同水位条件下高位排水工法与隧道稳定性之间关系,提出最优高位排水管分布方案。研究得出：大相岭隧道F6断层水压最高达到1.98 MPa,排水后可实现安全施工,衬砌背后水压降低至10 m左右,因此,防涌突水主要集中在掌子面开挖期;拱顶排水管排水量最大,越靠近拱脚的位置排水能力越差,从拱顶到拱脚呈下降趋势,应使拱顶附近排水管密度大于拱脚附近;实际施工中为更快达到均匀降水效果,应先对拱顶部位打设排水管,后对拱脚部位打设排水管;研究了排水管根数、排水量及掌子面挤出变形相互关系,从经济性和疏水加固效果出发,提出了排水管合理布置方法及建议参数,对富水断层隧道掌子面防突与塌方及运营隧道结构设计具有重要参考价值。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道软弱围岩稳定性分析

因长期遭受地质作用和构造力的改造作用,地下岩体中存在大量的软弱破碎带,隧道开挖穿越这一地带很容易出现较大的变形,甚至出现塌方等事故。论文采用TGP超前地质预报与掌子面围岩调查相结合的方法进行隧道掌子面及前方未开挖岩体的精细化地质调查,获取了隧道围岩的Hoek-Brown参数。采用FLAC3D数值模拟方法,分析了破碎带围岩在既定支护条件下的稳定性,并与现场监测数据进行对比,验证此方法的正确性。研究结果表明,数值模拟结果与实际监测结果较为吻合,可以将此方法用于指导未开挖段隧道的稳定性预测,以确保隧道掘进过程的施工安全。     

近间距大直径公路盾构隧道施工相互影响分析

结合一外径11.36 m、近距段净距4.0～5.7 m的上海某公路盾构隧道土体和管片位移及应变的监测成果,就后建隧道施工对先建隧道的影响进行了分析。分析结果表明,盾构的推进使隧道间土体朝掘进方向和已建隧道方向侧移,沿深度的最大侧移量发生在隧道中心深度以上0.2D（D为隧道外径）左右;盾尾到达及管片脱出注浆工况阶段,隧道间土体及已建隧道临近面上拱腰处的侧移量达到最大;已建隧道管片呈现上部内敛、下部外扩的变形形态,且临近后建隧道面变形值较大。     

浅埋大跨度隧道拆撑对初支安全性影响分析

针对浅埋大跨度隧道拆撑对初期支护安全性影响,对厦门东通道（翔安隧道）陆域CRD法施工段采用现场监测和数值模拟两种方法。对比分析表明,两种方法所得结果吻合良好。研究结果表明,在纵向一次性拆撑长度为10 m的情况下,对拱顶下沉的影响在5 %～10 %左右,初期支护安全系数降低约5 %～15 %,初期支护的安全性受临时支护拆除的影响较小,这为实现隧道的信息化施工提供了依据,也为今后的相关工程积累了经验。     

深埋隧洞微震活动区与岩爆的相关性研究

基于锦屏二级水电站深埋引水隧洞和排水洞大量微震监测数据及上百个不同等级岩爆实例,研究了深埋隧洞微震活动区与岩爆之间的关系。研究结果表明：（1）微震活动分布范围主要介于掌子面后方3倍洞径至前方1.5倍洞径之间,而岩爆高发区位于掌子面后方3倍洞径以内,表明岩爆高发区与微震事件主要分布范围相吻合;（2）隧洞工程岩爆潜在风险重点关注区域是掌子面后方3倍洞径已开挖范围,以及掌子面前方1.5倍洞径施工范围;（3）微震事件及岩爆分布呈区域性集结特点,其中一部分岩爆发生于微震事件集结区内部,另一部分岩爆发生于微震事件集结区边缘,这是岩体破坏过程中所固有的现象,与微震事件集结区边缘局部应力集中密切相关。     

地铁盾构隧道下穿京津城际高速铁路影响分析

以北京地铁14号线马家堡东路站–永定门外大街站盾构区间隧道为背景,对隧道施工中的特级风险源--区间下穿京津城际铁路段的施工过程进行了三维仿真数值模拟。京津城际列车最大时速可达350 km/h,两轨面间的差异沉降不得大于5 mm,对地铁下穿段的施工提出了较高要求。数值模拟的计算结果表明,通过对下穿段一定范围内的土体进行注浆加固可以有效控制盾构隧道施工引起的既有铁路纵向和横向沉降及不均匀沉降,从而保证既有铁路安全运营不受影响;同时,计算获得的管片后注浆参数及盾构机内土舱压力为隧道设计、施工提供了重要的参考依据。     

基于非完整拱效应的软岩隧道掌子面变形及其控制研究

为研究大断面软岩隧道掌子面变形规律及控制方法,基于新意法及非完整拱效应理论对雷公山隧道构造破碎区域掌子面大变形失稳机理进行分析,基于GSI围岩评级系统获得隧道围岩的力学参数,通过FLAC3D构建隧道三维数值模型,进行系列工况试验,研究隧道在非完整拱部效应时掌子面挤出位移及预收敛位移的变化特征,分析隧道掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道稳定性的影响。结果表明,掌子面处的挤出位移均在内轮廓中心处达到最大,并呈环形逐渐向外减小,超前核心土预加固在掌子面中心处对挤出位移及预收敛位移影响最为明显;隧道开挖在掌子面纵向造成的扰动范围约为1.2倍洞跨,在掌子面径向造成的扰动大约为1.5倍洞跨;根据计算结果提出掌子面加固措施,通过对隧道预收敛变形及挤出变形的监测分析,验证支护方案的可靠性,提出的掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道施工具一定的借鉴意义。     

膨胀土地基中隧道施工对群桩影响研究

在膨胀土地基中进行隧道对群桩影响的三维离心模型试验研究,目标地层损失比为2%,着重研究引起的地基沉降槽、桩的附加沉降、附加弯矩、轴力的变化规律。试验得出：隧道开挖沉降槽空间效应明显;隧道开挖从-0.75D至1.25D时,桩附加沉降呈线性增长,隧道开挖至1.25D以后,桩依然沉降明显。前桩与后桩沉降值不同,桩帽会出现倾斜;前桩上部出现负附加弯矩而下部出现正附加弯矩,而后桩仅在下部出现正附加弯矩;前桩附加弯矩最大值出现在隧道轴线附近,且比后桩附加弯矩大得多;前桩附加轴力随着隧道的开挖而增加,且每步最大值在隧道轴线附近。后桩的轴力也随隧道的开挖而增加,但每步最大值出现在桩顶附近。     

Radial Deformations Induced by Groundwater Flow on Deep Circular Tunnels

Summary. The magnitude and distribution of ground deformations around a tunnel are often monitored during construction and provide key information about ground-support interaction and ground behavior. Thus it is important to determine the effects of different parameters on ground deformations to accurately and effectively evaluate what contributes to ground and support behavior observed during excavation. This paper investigates one such relation: the effects of seepage on radial deformations. A number of numerical analyses have been conducted with the following assumptions: deep circular unsupported tunnel, elastic ground, isotropic far field stresses, dry ground or saturated ground with steady-state water seepage. The analyses cover a wide range of tunnel sizes, effective stresses, and pore pressures. Results from the numerical simulations confirm previous analytical solutions for normalized radial deformations behind the face (i.e. on the tunnel side of the face) of a tunnel excavated in dry ground, and have been used to propose a new analytical formulation for normalized radial displacements ahead and behind the tunnel face for both dry and saturated ground with water flow. Water seepage substantially increases the magnitude and distribution of the normalized radial deformations ahead of the face and at the tunnel face, but does not change much the displacement distribution behind the tunnel face.     

连拱隧道施工过程的三维空间效应模拟与分析

采用三维有限元方法动态模拟了连拱隧道的施工过程,并分析和探讨了隧道在开挖过程中围岩变形的时空效应以及左右洞施工的相互影响。分析结果表明,对单洞施工,开挖面对围岩变形的影响范围为其前后方2.5 B（B为隧洞净宽）;考虑右洞开挖,对左洞围岩位移的影响范围分别为开挖面前方（未开挖）2 B和开挖面后方（已开挖）1 B。最后分析了拱顶最大沉降量随开挖面推进的变化和产生的位置以及右洞开挖的影响。     

Experimental investigation of the time-dependent response of unreinforced and reinforced tunnel faces in cohesive soils

In spite of the increasing diffusion of tunnel boring machines, conventional tunnelling is still preferred for economic reasons in case of short tunnels, unconventional cross sections or irregular tunnel trajectories. In conventional tunnelling, the mechanical response of the tunnel front is a main concern and, when tunnels are excavated in cohesive soils, this is dominated by the time factor, related to geometry, to the mean excavation rate and to the hydro-mechanical properties of the materials involved. This is particularly evident during excavation standstill: front displacements progressively increase with time and, in many cases, the system response under long-term conditions becomes unstable. In conventional tunnelling, a common technique employed to improve the system response (under both short- and long-term conditions) is the installation of fibreglass tubes within the advance core. In this paper, the mechanical response of both unreinforced and reinforced deep tunnel fronts in cohesive soils is experimentally analysed. In particular, the results of a series of 1 g small-scale tests, taking into account both the influence of the excavation rate (the unloading time) on the system response and the evolution with time of the tunnel face displacements, induced by a rapid reduction in the horizontal stress applied on the tunnel face, are reported.     

城市浅埋软岩隧道施工沉降分析及对策

浅埋软岩隧道施工沉降变形控制是浅埋地下工程面临的关键难题,其中最基础的内容是对开挖引起的沉降变形规律的掌握。通过对新建龙岩至厦门铁路石桥头隧道地表沉降变形观测分析,将地表沉降变形划分为三个主要阶段:初始沉降阶段、加速沉降阶段和减速沉降阶段;结合隧道拱顶沉降监测结果,得出浅埋软岩隧道地表沉降与拱顶沉降正相关的结论。隧道开挖对掌子面前后纵向地表沉降的主要影响范围分别为1.5D和3D(D为开挖跨度);横向地表沉降影响范围包括隧道中线两侧各4D的范围,地表建(构)筑物受到较大影响包括隧道中线两侧各2D的范围。针对地表和拱顶沉降过大,采取全断面超前预注浆方案进行处理,监测结果显示全断面超前预注浆能有效控制拱顶下沉和地表沉降量,收敛值减小则不显著,说明该方案达到了控制沉降变形的目的。     

考虑盾构铰接作用的小半径曲线隧道开挖诱发地层沉降分析

目前针对小半径曲线隧道开挖诱发地层沉降的理论研究均将盾构机视为一个连续的整体,未考虑盾构机铰接装置带来的影响,由此不能正确评估小曲率盾构开挖路径变化带来的超挖效应等。首先,根据盾构机铰接位置以及盾构机与小曲率隧道开挖路径的几何位置关系,得到了小曲率隧道开挖过程中不同盾构铰接位置超挖量及盾构铰接角计算公式;其次,基于镜像法及Mindlin解,求解了铰接盾构施工时因超挖地层损失、盾尾地层损失、开挖面不均匀推力、盾壳不均匀摩擦力及盾尾处注浆压力等共同影响的地层沉降;最后,采用工程监测数据与理论解进行对比验证,得到较好的一致性。此外,针对隧道转弯半径、前盾长度、盾构铰接角及超挖量等进行了参数分析。分析结果表明：不考虑盾构铰接装置的影响将过高估计地层损失而导致地层沉降预测值偏大。随着转弯半径的减小,前盾长度、盾构铰接角及超挖量的增加,地层沉降增大,但其值变化均对开挖面前方沉降影响较小,对开挖面后方沉降影响较大。在开挖面后方,随着与开挖面距离的增大,当转弯半径取值较小,前盾长度、盾构铰接角及超挖量取值较大时,纵向地表沉降呈先增大后减小趋势。     

无底柱崩落采矿大断面结构参数的数值模拟研究

针对金山店铁矿亟需确定的大断面结构参数问题,采用东北大学研制的SLS崩落放矿模拟系统和ITASCA公司的岩土工程软件FLAC3D,对该矿三期的采场结构参数进行了模拟分析和研究。数值放矿试验表明,崩矿步距对矿石回收指标影响较大,崩矿步距3.5～4.5 m更有利于指标回收,兼顾爆破参数因素时推荐为3.5 m。通过进路群开挖的数值模拟,并对开挖过程围岩的位移、应力和塑性区进行分析,发现开挖后塑性区范围不大,巷道具有良好的稳定性。因此,拟采用的进路参数从矿石回收指标和巷道稳定性方面看是较合理的方案。     

三维快速拉格朗日法在安全顶板厚度研究中的应用

为了合理选择厦门海底隧道的最小顶板厚度。在厦门海底隧道轴线的地质部面图上，选取了6个典型剖面，在不同的剖面及同一剖面的隧道的不同深度，应用三维快速拉格朗日法，分两个步骤：第1步，在较大的深度范围内初选隧道的顶板厚度：第2步，在第1步初选结果的基础上，在较小的深度范围内，进一步选择。通过对开挖后的应力分布、洞周位移、塑性区等的分析，最后得出厦门隧道的最小顶板厚度。同时，得到一些对后续施工和其他工程有一定指导意义的有益结论。     

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。     

Comparison of analytical method, 3D finite element model with experimental subsidence measurements resulting from the extension of the Milan underground

The construction of shallow tunnels induces a state of strain in the soil around the excavation that could cause damaging differential displacements in existing structures near the tunnel. In the last decades several empirical, analytical and numerical approaches have been presented by different authors in the scientific literature with a purpose toward estimating maximum surface displacements along the tunnel axis and the surface-area extension affected by deformation phenomena. This paper reports the results of a study carried out to estimate the values of the surface settlements induced by the excavation (with an EPB-S shield machine) of the new extension of line 1 of the Metropolitana Milanese, constructed in an alluvial sandy area of the Padana Plain. In particular, the purpose of this study has been to compare the vertical surface displacements monitored during the advancing excavation to the settlements estimated by using analytical and empirical formulations and by setting up a three-dimensional finite element model that could simulate, step by step, the different tunnel excavation and supporting phases.