盾构施工中垂直交叉隧道变形的三维有限元分析

采用三维有限元模拟盾构推进的过程，是研究盾构施工中土层移动的最有效的手段。采用三维弹塑性有限元，在真实模拟施工情况的基础上，研究了新隧道从老隧道下面垂直穿过时，对老隧道的变形影响情况，研究表明，推进力和稳定比N是影响老隧道变形的主要因素。     

交叠隧道盾构施工引起地面沉降的三维有限元分析

以上海市轨道交通明球线二期工程出现的上下近距离交叠区间隧道盾构施工为原型，采用三维有限元法进行了下部隧道先挖、上部隧道后挖的施工过程模拟，得出了地面最大沉降量在上部隧道开始开挖后将大幅度增长，最大可达到原值的四位左右，且开挖初期沉降增幅最为显著的结论。进一步研究仍在继续中。有关结论可以作为设计和施工方案决策的参考。     

地表临时堆载诱发下既有盾构隧道纵向变形分析

违规临时地表堆载将引起地层附加应力,对既有盾构隧道产生不利的影响,严重者将导致隧道结构破坏。现有方法多是将隧道简化为搁置于Winkler地基的Euler-Bernoulli梁,不能考虑隧道的剪切变形和隧道埋深对基床反力系数的影响。针对既有研究的不足,提出考虑隧道剪切效应和隧道埋深的地表堆载下既有盾构隧道变形和受力的简化解析解。将既有盾构隧道简化为搁置于Winkler地基的Timoshenko梁,地基反力系数考虑隧道埋深的影响。通过三维有限元模型和已发表工程案例的实测数据,验证所提方法的正确性及适用性。通过参数分析发现,在荷载中心与隧道中心距离较近情况下,浅埋盾构隧道将发生较大的沉降变形;提高等效抗弯刚度和基床反力系数可以减少隧道沉降变形。而增大等效剪切刚度对隧道的沉降变形贡献较小,但是可以明显减小管片之间的错台变形。该研究成果可为合理预测地表堆载对既有盾构隧道的影响提供一定的理论支持。     

基坑开挖对涉支护结构下穿盾构隧道变形的三维模拟与影响规律研究

依托某大厦基坑支护工程项目,研究深厚软土地层中基坑开挖对涉支护结构下穿盾构隧道变形的影响规律。采用三维有限元数值模拟分析隧道顶部支护桩的长度对支护结构变形和隧道隆起的影响,并将数值模拟结果与现场监测结果进行对比。结果表明：深厚软土地层中基坑开挖对下穿盾构隧道产生了较大的隆起变形;因下穿隧道的影响,隧道顶部支护桩嵌固深度的减小对支护结构的变形和下穿隧道的隆起会产生重要影响,当支护桩底与隧道顶的竖向间距S＞4 m或支护桩边缘与隧道边缘的水平间距S1＞4 m 时,支护桩的踢脚位移和下穿隧道的隆起变形迅速增加。研究成果可为类似工程提供应用参考和理论支撑。     

岩溶地区盾构隧道施工地表沉降规律研究

隧道建设过程中,地下岩溶是诱发地面塌陷事故的主要原因之一。针对盾构隧道周围土层含有隐伏溶洞的情况,通过GTS/NX有限元数值分析软件,研究了相同断面面积下不同形状、不同位置、不同水平长度的岩溶对地表沉降的影响程度。研究结果表明：横向椭圆形溶洞是最不利的溶洞形状;水平位置中,溶洞位于隧道一侧特别是在隧道40°～50°方向上,地表沉降显著增大;竖向位置上存在一个\     

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。     

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。     

挤压式盾构隧道施工引起的地表移动及变形

视挤压式盾构施工隧道引起的地表移动为一随机过程,应用随机介质理论对所引起的地表移动和变形进行了分析。工程实例分析表明,该分析方法效果良好。     

盾构法隧道衬砌施工阶段受力特性的三维有限元模拟

拼装衬砌是盾构隧道主要承重结构,其受力性能的好坏直接影响到隧道安全,因此,正确分析拼装衬砌的受力特征,对于衬砌的合理设计非常重要。而且,施工阶段作用在盾构衬砌的荷载与使用阶段相比存在很大差异。通过运用可以考虑接触问题的三维有限元对连续模型及通、错缝拼装的隧道衬砌在施工阶段的受力性能进行了分析,得出衬砌的应力变形规律,为盾构隧道衬砌的设计提供有益的参考。     

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。     

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。     

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。     

盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析

盾构机在沿曲线掘进或轴线纠偏过程中,盾尾非对称推力会在管片端部产生附加弯矩,从而引起隧道发生纵向变形。现有解析方法多是将盾构隧道简化为等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化。首先,建立一种能够同时考虑环间张开和剪切错台的简化纵向梁-弹簧盾构隧道模型（simplified longitudinal beam-spring shield tunnel model,简称SLBSM）;其次,将在建隧道简化为Winkler地基上的SLBSM,采用状态空间法推导了非对称推力作用下盾构隧道纵向变形解析解答。通过与既有文献有限元及现有两种连续梁模型计算结果进行对比,验证了所提方法的可靠性和适用性,并对部分参数进行敏感性分析。研究结果表明：连续梁模型计算得到的隧道纵向位移表现为连续特征,而所提方法得到的隧道纵向位移表现为非连续特征,隧道纵向位移在接头处会发生突变;通过参数分析可知：增大接头转动刚度可有效降低隧道隆起和环间张开量;增大接头剪切刚度可有效降低环间错台量,但会导致隧道隆起和剪力的增加;增大地基刚度能显著降低隧道环间张开量和隆起,但会导致环间错台量的增加;管片始端轴力对隧道纵向变形的影响不可...     

盾构法施工隧道地层变形时空统一预测方法研究

从经典的Mindlin弹性理论公式出发,基于盾构施工工作面推力为圆形均布荷载、盾构外壁与土层的摩擦力均匀分布等假定的基础上,考虑盾构施工推进过程中盾构机位置不断变化的实际情况,建立了盾构施工推进过程的力学计算模型,由此推导了盾构推进工作面附加压力以及盾构机外壁与土层摩擦力作用下隧道周边任意位置地层变形的计算公式。基于随机介质理论,充分考虑隧道开挖施工引起的地层变形的时间和空间发展过程,推导了盾构推进地层损失引起的地层变形计算公式。通过工程实例计算,对盾构隧道施工地层变形的时空变化过程进行了研究,计算结果同实测结果具有良好的一致性。     

盾构隧道局部长期渗水对隧道变形及地表沉降的影响分析

研究表明,盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状,首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法;在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下,对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明,盾构隧道渗水接头的位置不同,孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道的变形均有明显差异;接头位置越靠近隧道底部,渗水导致的孔压减小越显著,造成的地表及隧道沉降越显著。接头渗水不但会使隧道发生横向椭圆化变形,还会引起隧道左右两侧受力不平衡,从而造成隧道水平侧移。通过对比表明,采用接头渗水和传统的衬砌均质渗水得到的孔压分布、沉降及隧道变形规律均有显著不同;不考虑隧道局部渗水特点会对隧道结构长期性态的认识产生偏差。     

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。     

盾构施工与邻近不同位置建筑物相互影响分析

在建筑物高度集中的城区,盾构施工会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响。在考虑土体扰动的情况下,采用二维有限元方法,对邻近不同位置建筑物工况下的盾构隧道施工进行了模拟和分析。研究表明,建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降和衬砌的受力与变形,同时隧道开挖也会使邻近建筑物产生附加应力和变形;当隧道轴线与建筑物中心线的水平距离与隧道外径之比L/D = 0.5～2时产生较大的地面沉降,建筑物的首尾沉降差较大,该区域内的建筑物比较危险;衬砌内力值也明显增大,在该区域以外对建筑物影响较小。