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。     

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。     

基于Peck公式的双线盾构引起的土体沉降预测

基于Peck公式,对双线水平平行盾构隧道施工中土体损失引起的三维土体沉降计算方法进行研究。考虑先行隧道施工对后行隧道的影响和两条隧道开挖面的不同位置,建立修正的三维Peck公式;通过分别计算先行盾构隧道和后行盾构隧道施工引起的土体沉降,叠加得到双线水平平行盾构施工引起的总的三维土体沉降。算例分析结果表明：预测值与实测值比较吻合;随着两条隧道开挖面前后距离的逼近,地面最大沉降量会逐渐增大;随着土体深度z的增大,沉降略增大、沉降槽宽度则略减小;当两条隧道轴线水平距离L较小时,地面沉降量较大,符合正态分布规律;随着L的增大,最大地面沉降量会逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型。     

考虑各向异性的层土-盾构隧道地震反应数值模拟

在层状各向异性土体-盾构隧道地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型理论,建立了适合于横观各向同性介质的双渐近-多向透射边界条件。针对地铁区间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,适合于盾构隧道动力计算的各向异性弹塑性动力有限元程序。在程序中对于不同的材料采用了不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可同时进行各向异性土体与地下结构的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静力和动力数值分析。最后利用所研制的程序进行了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动输入下的隧道反应计算。结果表明,在层状土体-地铁区间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可行的。     

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。     

土压平衡盾构掘进参数关系及其对地层位移影响的试验研究

土压平衡盾构机施工过程中,正确地选择掘进参数可以有效地保持开挖面稳定、减少土体位移和地面沉降。通过对杭州地铁1号线盾构隧道施工进行现场监测,研究了盾构机参数关系及其对地层位移的影响。监测内容包括：地表沉降、土体侧向位移、超孔隙水压力以及记录盾构机实时工作参数。研究结果表明,盾构机总推力、土舱压力和刀盘扭矩变化基本同步;盾构机到达前,地表沉降主要受出土率的影响,施工沉降与盾构机土舱内外压力差值成反比;盾尾通过测点后0.5～1 d时间,超孔隙水压力快速下降,且在盾尾通过10 d左右完全消散;工后沉降分为加速沉降阶段和缓慢沉降阶段,占总沉降的 50% 以上,且在孔压计超孔隙水压力消散后继续缓慢发展。     

盾构切刀顺次破岩机制的数值模拟研究

在对盾构切刀顺次破岩实际工况提出合理简化的基础上,从岩土细观角度出发,采用颗粒离散元法建立了切刀破岩的二维数值模型,研究了两把盾构切刀顺次作用下的破岩机制和影响因素,并通过试验对切刀破岩过程中切屑堆积现象及破岩力学特性进行了验证。研究表明,刀具尖端的破坏作用最为明显;切削岩石时切削力随着切削行程不断波动,水平切削力大于垂直切削力;不同于单刀切削,切刀顺次作用时前刀刮过的岩面留下了大量残余裂纹,使得后刀所受的切削力减小;从切削性能来看,随着切削深度的增加,岩石破碎块度不断增大,切削力和裂纹数迅速增加,说明切深与切削力密切相关;切削试验观测到了切屑在前刀面堆积和切削力的波动现象,与数值模拟具有较好的一致性。     

加拿大北方森林火烧迹地遥感分析

森林火灾是加拿大北方森林地区最主要的扰动因素,对北方生态系统起着主导作用。基于MODIS数据,采用全球扰动指数算法(MGDI),对加拿大萨斯喀彻温省和亚伯达省2004-2011年的森林火烧迹地进行检测和分析。通过与MODIS标准火烧迹地产品以及加拿大林业局数据进行比较,扰动指数算法检测的火烧迹地面积比MODIS标准产品更接近于林业局的统计数据。分析表明,在2004-2011年间,由于火灾原因,整个研究区森林面积平均每年减少76.36万hm2,占该区域森林总面积的3.36%。萨斯喀彻温省平均每年燃烧的森林面积为46.83万hm2,亚伯达省为29.53万hm2。其中,2006、2008、2010和2011年是火灾的高峰年份。火烧迹地主要集中在生态交错带的北方保护区、针叶林保护区、针叶林平原区,以及北方平原东北部的伍德布法罗国家森林保护区。     

欧亚北方森林MODIS 14数据的林火变化分析——以俄罗斯欧洲地区为例

人为或自然因素造成的森林火灾常导致森林覆盖和结构的变化,对森林碳循环产生重大影响。MODIS热异常-火灾产品(MOD14)包含地表火灾位置、可信度、火点辐射能量及其他属性信息,可用于火灾频率、等级及其变化的监测。本研究以俄罗斯欧洲地区的北方森林为研究对象,采用2005-2010年每日MODIS14数据和GIS空间分析方法,对研究区过火像元进行判别提取,分析该地区林火时空变化规律,并探讨驱动因素。结果显示,俄罗斯欧洲地区森林火灾主要分布在中南部。近年来,火灾数量呈上升趋势,2010年的火灾覆盖范围是2005年的1.5倍;年内火灾发生情况随时间波动,火险期为每年的4-10月;极端干旱天气造成的的特大型火灾事件在本研究结果中得以反映。     

盾构隧道掘进全过程三维模拟方法及重叠段近接分区研究

合理地模拟盾构隧道掘进的全过程及盾构隧道重叠段近接分区是一个难点。依托深圳地铁3号线红岭中路－老街－晒布段区间重叠隧道工程进行研究,建立了能全面反映盾构隧道掘进全过程的三维模拟方法,并采用摩尔-库仑屈服准则对盾构隧道重叠段进行了横向近接分区,同时采用位移变化速率准则对盾构隧道重叠段进行了纵向近接分区。研究结果表明,盾构隧道重叠段横向近接分区为：F≤F? 时为无影响区,F?＜F＜0时为弱影响区,当F≥0时为强影响区;纵向近接分区为：小于0.3 mm/d为无影响区,0.3～1.5 mm/d为弱影响区,大于1.5 mm/d为强影响区。研究成果应用于红岭中路－老街－晒布段区间重叠隧道取得了良好的效果,并为盾构隧道掘进全过程的数值模拟以及盾构隧道重叠段区间隧道的设计与施工提供了理论支撑,同时亦可为相似工程提供参考。