地面新施工荷載對(duì)臨近地鐵隧道縱向變形影響分析

新建隧道近距離上穿施工會(huì)改變地層既有平衡應(yīng)力場(chǎng),引起地層應(yīng)力釋放,導(dǎo)致既有下臥隧道產(chǎn)生縱向隆起變形。提出了在新建隧道卸荷作用下估算既有隧道縱向變形的解析解答,既有隧道簡(jiǎn)化為擱置于pasternak地基上的euler-bernoulli梁,采用兩階段分析法分析求解。首先,通過(guò)mindlin彈性力學(xué)經(jīng)典解估算新建隧道開(kāi)挖卸荷引起在既有隧道位置處的豎向附加分布荷載;其次,建立在豎向附加荷載作用下的隧道縱向變形平衡微分方程,并基于有限差分原理,獲得隧道變形數(shù)值解答。經(jīng)與已報(bào)道的兩個(gè)工程實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為吻合,基本可以反映在新建隧道近距離上穿施工過(guò)程中既有隧道的縱向變形規(guī)律,從而驗(yàn)證其解析解答正確性。

新建隧道近距離上穿施工會(huì)改變地層既有平衡應(yīng)力場(chǎng),引起地層應(yīng)力釋放,導(dǎo)致既有下臥隧道產(chǎn)生縱向隆起變形。提出了在新建隧道卸荷作用下估算既有隧道縱向變形的解析解答,既有隧道簡(jiǎn)化為擱置于pasternak地基上的euler-bernoulli梁,采用兩階段分析法分析求解。首先,通過(guò)mindlin彈性力學(xué)經(jīng)典解估算新建隧道開(kāi)挖卸荷引起在既有隧道位置處的豎向附加分布荷載;其次,建立在豎向附加荷載作用下的隧道縱向變形平衡微分方程,并基于有限差分原理,獲得隧道變形數(shù)值解答。經(jīng)與已報(bào)道的兩個(gè)工程實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為吻合,基本可以反映在新建隧道近距離上穿施工過(guò)程中既有隧道的縱向變形規(guī)律,從而驗(yàn)證其解析解答正確性。

運(yùn)用flac-3d軟件建立三維數(shù)值分析模型,分析計(jì)算基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)相鄰地鐵盾構(gòu)隧道變形的影響。計(jì)算結(jié)果表明:基坑開(kāi)挖過(guò)程中和開(kāi)挖完成后,隧道變形未超過(guò)變形控制標(biāo)準(zhǔn)?；邮┕し桨负凸に嚭侠怼?/p>

本文以上海某深大基坑開(kāi)挖工程為例,詳盡闡述了其控制地鐵隧道變形的相關(guān)技術(shù)措施和地鐵監(jiān)護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)結(jié)合隧道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),就基坑開(kāi)挖對(duì)臨近地鐵隧道的影響進(jìn)行了分析。通過(guò)采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、隧道內(nèi)沉降位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等手段,以及采取嚴(yán)格的地鐵隧道變形保護(hù)措施,對(duì)基坑開(kāi)挖施工全過(guò)程進(jìn)行了有效的監(jiān)控。在基坑開(kāi)挖期間,隧道結(jié)構(gòu)的沉降變形控制在安全范圍,確保了地鐵結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全。相關(guān)研究成果可供地鐵監(jiān)護(hù)借鑒、參考。

針對(duì)北京地鐵7號(hào)線廣渠門(mén)內(nèi)站施工場(chǎng)地限制,施工中車(chē)站上方安置施工機(jī)械及堆載土體,造成較大的地面附加施工荷載的情況,建立地面施工荷載對(duì)地鐵車(chē)站的影響分析計(jì)算模型,并采用有限元法進(jìn)行求解分析。研究不同地面施工荷載下地鐵車(chē)站施工引起地層變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況,并對(duì)地基承載力進(jìn)行驗(yàn)算。針對(duì)地面施工荷載導(dǎo)致車(chē)站地基承載力不足情況,提出采用注漿方案加固地基。

針對(duì)北京地鐵7號(hào)線廣渠門(mén)內(nèi)站施工場(chǎng)地限制，施工中車(chē)站上方安置施工機(jī)械及堆栽土體，造成較大的地面附加施工荷栽的情況，建立地面施工荷載對(duì)地鐵車(chē)站的影響分析計(jì)算模型，并采用有限元法進(jìn)行求解分析。研究不同地面施工荷載下地鐵車(chē)站施工引起地層變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況，并對(duì)地基承栽力進(jìn)行驗(yàn)算。針對(duì)地面施工荷栽導(dǎo)致車(chē)站地基承栽力不足情況，提出采用注漿方案加固地基。

文章以ⅵ級(jí)圍巖地鐵隧道鉆爆法施工為背景工程,采用有限元?jiǎng)恿Ψ治龇椒ㄑ芯苛吮茖?duì)于隧道圍巖的影響。使用ansys/ls-dyna的完全重啟動(dòng)方法,利用軟件中的高能炸藥材料模型,分段對(duì)隧道爆破進(jìn)行有限元模型計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了隧道毫秒延期起爆的模擬計(jì)算。通過(guò)修正高能炸藥材料模型狀態(tài)方程中的a,b和e_0值,實(shí)現(xiàn)了在平面應(yīng)變計(jì)算模式下對(duì)不同炮孔藥量的區(qū)分。在完全重啟動(dòng)的過(guò)程中,采用帶有失效模式的雙線性彈塑性模型來(lái)描述巖石性質(zhì),通過(guò)調(diào)整巖石刪蝕應(yīng)變系數(shù)fs,并配合手動(dòng)刪除單元來(lái)區(qū)分不同炮孔臨空面條件的改變。結(jié)果表明:(1)掏槽孔爆破所傳遞給圍巖的能量最大,其對(duì)圍巖的影響最大；(2)周邊孔對(duì)拱周?chē)鷰r的影響最大,造成拱周?chē)鷰r部分進(jìn)入塑性狀態(tài),但圍巖應(yīng)力隨距離衰減很快,塑性區(qū)并未向深處發(fā)展；(3)爆炸能量的主要傳播方向?yàn)閹r石拋擲方向的反方向,爆破荷載在隧道輪廓上的分布并不均勻,以往將爆破荷載等效為均布荷載的算法有不合理之處；(4)單位炸藥能量傳遞給圍巖的比例受臨空面條件影響,臨空面條件越好,傳遞給圍巖的能量比例越低,對(duì)于圍巖影響越??；(5)該爆破模擬方法相對(duì)于爆破荷載等效法能更真實(shí)反映爆破荷載傳遞情況,并且占用資源少,計(jì)算速度快,具有一定的實(shí)用性。

由于受基坑開(kāi)挖所產(chǎn)生的卸載和基坑降水的影響,臨近地鐵隧道的受力條件將改變,造成地鐵隧道的變形和位移。采用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地鐵隧道的變形,對(duì)保證地鐵運(yùn)營(yíng)安全至關(guān)重要。文中結(jié)合廣州大馬站商業(yè)中心項(xiàng)目基坑開(kāi)挖對(duì)臨近運(yùn)營(yíng)地鐵1號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)變形位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目的實(shí)踐,對(duì)自動(dòng)全站儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地鐵隧道監(jiān)測(cè)方面的系統(tǒng)構(gòu)建、測(cè)量方法、測(cè)量精度、監(jiān)測(cè)效果等方面進(jìn)行論述。實(shí)際應(yīng)用表明,該系統(tǒng)以高精度、自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì),及時(shí)提供可靠的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),科學(xué)指導(dǎo)基坑施工,保證了地鐵運(yùn)營(yíng)安全,取得良好的效果。

隨著城市建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展,越來(lái)越多的工程建設(shè)項(xiàng)目位于地鐵沿線安保區(qū)內(nèi),安保區(qū)內(nèi)進(jìn)行樁基施工會(huì)對(duì)臨近的地鐵隧道產(chǎn)生一定的影響。以深圳寶安區(qū)某工程為例,采用布辛奈斯克解從理論上計(jì)算分析了樁基礎(chǔ)施工對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生的附加應(yīng)力的影響,采用midasgts三維有限元模擬、分析了樁基施工對(duì)臨近地鐵隧道的變形影響,采用＂體積等代＂的理論計(jì)算分析了管樁沉樁施工擠土效應(yīng)對(duì)地鐵隧道的變形影響,其分析計(jì)算方法及工程經(jīng)驗(yàn)可供類(lèi)似工程參考。

基坑開(kāi)挖卸荷必然對(duì)臨近軟土地鐵隧道產(chǎn)生影響,因此如何預(yù)測(cè)隧道變形并提出相應(yīng)預(yù)防和保護(hù)措施顯得尤為重要。結(jié)合上海地區(qū)一個(gè)臨近地鐵隧道的基坑工程,運(yùn)用整體有限元分析方法對(duì)地鐵隧道在基坑施工過(guò)程中所產(chǎn)生的影響進(jìn)行彈塑性分析。分析結(jié)果與工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較吻合,表明整體有限元方法可以較好地模擬此類(lèi)工程問(wèn)題,從而為實(shí)際工程的設(shè)計(jì)施工提供一定的理論和計(jì)算依據(jù)。

鄰近地鐵深基坑施工必將影響隧道結(jié)構(gòu)安全；文中結(jié)合地鐵保護(hù)區(qū)域內(nèi)深基坑開(kāi)挖及相關(guān)隧道變形數(shù)據(jù)；進(jìn)行實(shí)例分析；以期為類(lèi)似地鐵監(jiān)測(cè)項(xiàng)目提供借鑒和參考.

考慮到在地鐵隧道附近進(jìn)行深基坑開(kāi)挖必然會(huì)改變隧道周邊地層應(yīng)力,從而導(dǎo)致隧道受力變化和變形,對(duì)地鐵隧道的使用功能和安全性產(chǎn)生影響,結(jié)合廣州的一個(gè)具體深基坑開(kāi)挖工程實(shí)例,根據(jù)開(kāi)挖工況與隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了影響隧道的主要因素,得出了一些對(duì)類(lèi)似工程有益結(jié)論。

基于mimdlin解和loganathan公式對(duì)盾構(gòu)施工正面附加荷載、側(cè)壁摩擦力及盾尾土體損失作用分別進(jìn)行數(shù)值積分求解,得出土體彈性位移場(chǎng);借助pasternak地基模型建立既有隧道受荷變形平衡微分方程,得到既有隧道因新建隧道盾構(gòu)施工產(chǎn)生的附加位移.應(yīng)用該解析解計(jì)算分析平行、正交以及重疊三種形式盾構(gòu)隧道施工的影響,并采用有限元軟件,考慮開(kāi)挖卸荷、盾尾注漿及掌子面頂進(jìn)等施工過(guò)程,對(duì)上述三種工況進(jìn)行三維數(shù)值模擬.將數(shù)值模擬、實(shí)測(cè)值及理論分析結(jié)果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),三者整體上吻合較好,驗(yàn)證了本文新建盾構(gòu)隧道對(duì)既有隧道縱向變形理論分析方法的正確性.為快速評(píng)估盾構(gòu)近接施工對(duì)既有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全的影響提供了新途徑.

以某市地鐵區(qū)間隧道為研究對(duì)象,使用flac3d軟件模擬分析了橋梁基礎(chǔ)下淺埋暗挖法施工過(guò)程中,地鐵隧道周邊土體的變形和襯砌應(yīng)力分布情況;同時(shí)建立了隧道拱頂沉降值的時(shí)間序列模型,并預(yù)測(cè)了拱頂沉降的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明:由于上部橋梁基礎(chǔ)偏壓和土體強(qiáng)度較低的影響,在開(kāi)挖完成后隧道的右側(cè)地層出現(xiàn)了較大的變形;同時(shí)在隧道初次襯砌兩側(cè)邊墻的中部也出現(xiàn)了較大的應(yīng)力值,對(duì)于這些隧道部位可采用錨桿注漿加固或采用鋼支撐進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),以確保施工過(guò)程安全可靠;另一方面,基于arma模型的時(shí)間序列分析法可以較好地模擬隧道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜變形,為科學(xué)分析隧道變形特點(diǎn)和較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)變形進(jìn)行了有益的探索。

隨著城市地下交通現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程,多條地下鐵路在地下立交的情況已越來(lái)越多。盾構(gòu)施工難免會(huì)引起已建隧道底板的沉降變化。本文結(jié)合一實(shí)例,介紹了施工期間的沉降觀測(cè)方法,對(duì)可能引起底板變形的原因進(jìn)行了分析,對(duì)指導(dǎo)類(lèi)似盾構(gòu)施工起了實(shí)際的指導(dǎo)意義。

地鐵隧道豎向土壓力荷載的計(jì)算研究

以上海某鄰近地鐵隧道的基坑工程為背景,運(yùn)用flac-3d軟件建立三維數(shù)值分析模型,對(duì)基坑施工進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬。結(jié)果表明:計(jì)算結(jié)果與工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合,鄰近地鐵隧道單側(cè)基坑開(kāi)挖可引起隧道結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)變形。為保護(hù)鄰近隧道,提出并采用了坑外二次加固的施工新工藝,首次指出地基加固體和地下結(jié)構(gòu)物作為異質(zhì)體對(duì)鄰近基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的位移傳遞具有阻斷作用。并對(duì)不同的施工方案進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)比分析表明,對(duì)緊貼基坑地下連續(xù)墻的土體進(jìn)行二次加固及結(jié)構(gòu)逆筑施工,可有效控制相鄰隧道變形。

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，深基坑與隧道工程的數(shù)量明顯增多，基坑的開(kāi)挖必將對(duì)臨近隧道產(chǎn)生影響。以某既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間與臨近基坑工程為例，運(yùn)用midas軟件對(duì)基坑施工過(guò)程中對(duì)隧道變形影響進(jìn)行模擬，并給出了施工措施建議。結(jié)果表明：基坑開(kāi)挖會(huì)引起隧道產(chǎn)生變形，變形規(guī)律也與基坑距離遠(yuǎn)近密切相關(guān)。

針對(duì)上部及側(cè)方位基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近既有地鐵隧道安全運(yùn)營(yíng)的影響問(wèn)題,采用有限元法對(duì)深圳地鐵11號(hào)線站基坑及其風(fēng)道基坑臨近-上跨既有1號(hào)線區(qū)間隧道的施工關(guān)鍵保護(hù)區(qū)域進(jìn)行了三維模擬計(jì)算分析,并通過(guò)與實(shí)測(cè)自動(dòng)化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證模擬計(jì)算的有效性?；陲L(fēng)道基坑施工中下臥隧道的變形及受力計(jì)算結(jié)果,獲得既有隧道結(jié)構(gòu)在基坑施工過(guò)程中的受力特征和變形規(guī)律,確定施工中應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的隧道關(guān)鍵部位,施工中采取了針對(duì)性保護(hù)措施,獲得結(jié)論對(duì)今后類(lèi)似工程具有參考價(jià)值。

根據(jù)上海軟土地區(qū)的20個(gè)案例,分析總結(jié)了隧道變形的一般規(guī)律。重點(diǎn)分析了影響隧道隆起和沉降的影響因素,并得出各影響因素與隧道豎向位移的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上對(duì)隧道隆起和沉降最大值進(jìn)行了預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示隧道隆起和沉降與基坑開(kāi)挖深度、隧道頂覆土厚度、基坑開(kāi)挖面積等參數(shù)密切相關(guān),實(shí)測(cè)值基本符合線性函數(shù)。

針對(duì)地鐵循環(huán)荷載作用下飽和粉性土的變形特性,對(duì)上海地鐵10號(hào)線國(guó)權(quán)路站附近的飽和粉性土進(jìn)行g(shù)ds(globaldigitalsystems)循環(huán)三軸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:動(dòng)應(yīng)力幅值和固結(jié)比一定,累積塑性應(yīng)變隨振動(dòng)頻率的增大而變小;固結(jié)比和振動(dòng)頻率一定時(shí),累積塑性應(yīng)變隨動(dòng)應(yīng)力幅值的增大而增大;動(dòng)應(yīng)力幅值和振動(dòng)頻率一定時(shí),累積塑性應(yīng)變隨固結(jié)比的增大而增大。通過(guò)正交表l_8(2~7)進(jìn)行安排試驗(yàn),同時(shí)借助編碼技術(shù)對(duì)變量進(jìn)行分析,得到隧道軸向變形的回歸方程,并考慮動(dòng)應(yīng)力幅值、固結(jié)比和振動(dòng)頻率等因素對(duì)回歸方程顯著性和失擬性進(jìn)行檢驗(yàn)。研究結(jié)果表明:該方程是可信的,影響地鐵隧道軸線變形的主要因素是動(dòng)應(yīng)力幅值,其次是頻率和固結(jié)比。研究成果對(duì)地鐵隧道設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

中心城區(qū)的深基坑工程經(jīng)常緊鄰正在運(yùn)營(yíng)的地鐵區(qū)間隧道,深基坑開(kāi)挖需滿足鄰近地鐵區(qū)間隧道嚴(yán)格的變形保護(hù)要求。本文以蘇州某深基坑聯(lián)合支護(hù)工程為研究對(duì)象,利用flac3d軟件對(duì)深基坑的施工過(guò)程進(jìn)行了模擬,對(duì)比分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、周邊管線以及軌道交通隧道變形的計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果,研究結(jié)果表明,坑內(nèi)留土、分坑開(kāi)挖并采用圍護(hù)樁與支撐組合結(jié)構(gòu)能有效地控制深基坑施工過(guò)程中的土體變形,對(duì)鄰近地鐵區(qū)間隧道的影響也在安全可控的范圍內(nèi),對(duì)蘇州地區(qū)類(lèi)似基坑的圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工具有一定借簽意義。