建公路對既有紅山隧道結構影響分析與加固

以平潭綜合實驗區(qū)牛寨山雙洞八車道小凈距公路隧道為例,針對采用雙側壁導坑法開挖時,雙洞八車道特大跨度隧道后行隧道斷面分部開挖爆破對圍巖及既有隧道的影響,采用ls-dyna建立雙隧道模型,結合現(xiàn)場振動速度的實測數(shù)據(jù),對影響因素和變化規(guī)律進行了分析。結果表明:(1)隨著爆心距圍巖監(jiān)測點距離的增大,最大振速顯著衰減。(2)在后行隧道爆破對既有隧道結構的影響因素中,爆源與既有隧道的距離影響最大,裝藥量其次；既有隧道迎爆側與背爆側的最大振速比值為12.5；腰部是底部的2.1倍；肩部是底部的1.9倍。(3)在雙側壁導坑施工中,ⅰ分部由于距離既有隧道較近、周邊臨空面最少,對既有隧道的影響也最大,施工中可作為爆破引起既有隧道振動的控制工況。

新建公路近距離上跨已有隧道時,在施工過程中不可避免地將對下方隧道產(chǎn)生影響,因此正確評估新建公路施工期間對既有隧道的影響狀況和影響程度,掌握既有隧道的變形規(guī)律,才能保證既有線的安全運營。通過三維非線性有限元的模擬試驗分析,探討研究擬建工業(yè)東路延伸段工程方案的二號橋?qū)ο路节M龍鐵路東南聯(lián)絡線?？铀淼赖挠绊?通過模擬挖方、施做樁基、橋面板施工等先后工況過程對既有隧道及其周圍土體位移,得到牛坑隧道結構安全的影響評估,并為類似工程提供參考。模擬試驗研究表明:隧道上方路基挖方施工、橋梁樁基、橋面板的施工對隧道的影響均在可控范圍內(nèi)。

宜賓新建金江路從宜珙線鐵路紅山隧道上方通過,公路距離鐵路隧道的最小凈距僅為10.761m。為確保公路施工和使用期間鐵路紅山隧道的正常運營,對紅山隧道可能存在的影響給予合理的分析,并進行了加固處理。

新建隧道與既有隧道間距較近時,新建隧道的開挖導致圍巖應力發(fā)生重分布,對既有隧道的結構產(chǎn)生影響,為此針對包西鐵路通道新寶塔山隧道出口端,用有限元方法進行了數(shù)值模擬分析,并進行施工監(jiān)控量測,對計算結果和監(jiān)控量測結果進行分析,結果表明:新建隧道開挖將引起圍巖應力重分布,使既有隧道襯砌結構的安全系數(shù)有所降低,其降低程度與兩隧道間距有關,間距越小其影響程度越大。新建隧道的開挖對既有隧道臨近開挖一側的襯砌結構影響最大。

文章根據(jù)重慶某機動車4s店項目的建設對臨近隧道結構的影響；利用midas/gts建立三維數(shù)值分析模型；擬建項目的施工工況(樁基施做、上部結構施做)對臨近隧道結構的影響進行了分析；計算結果表明擬建項目的施工對臨近隧道結構的影響很??；引起的最大水平與豎向位移分別為0.182mm和0.157mm；均小于《城市軌道交通結構安全保護技術規(guī)范》(cjj/t202-2013)中的水平及豎向位移控制值10mm；

隨著城市的發(fā)展和建設,各地區(qū)都開始大量建設地鐵.依據(jù)目前已經(jīng)投入使用的地鐵隧道來說,彈性沉降問題變得更加明顯,持續(xù)發(fā)生不均勻沉降,使得隧道接頭、結構以及正常運行都受到了一定的影響.如果形變過大,會影響軌道平整度,從而影響舒適度.所以,深入研究隧道結構彈性沉降的機理、原因、措施等具有重大意義.盾構施工擾動對隧結構具有多方面的影響因素.

為研究常見小型溶洞引起的隧道穩(wěn)定性問題,結合工程實例,應用有限元方法,分析全斷面開挖時,ⅱ類溶洞處于隧道不同位置對圍巖位移和隧道結構受力的影響。結合實測數(shù)據(jù)對比分析,總結圍巖位移和襯砌受力變化的規(guī)律和原因。模擬結果表明,隧底溶洞距離為1m時,仰拱軸力增加21%,其余部分變化微弱;側壁溶洞距離為1m時,邊墻軸力增加14.8%,其余部分變化微弱;隧頂溶洞距離為1m時,拱頂軸力增加10%,其余部分變化微弱。實測數(shù)據(jù)和模擬結果表明,溶洞位置對于收斂值的影響,隧底溶洞>隧頂溶洞>側壁溶洞,溶洞位置對于沉降值的影響,側壁溶洞>隧頂溶洞>隧底溶洞。溶洞范圍較小(r2m)或相對距離較遠(l5m)的情況下,襯砌安全系數(shù)滿足要求,可不予處治。

為了評價采空區(qū)沉陷對運營隧道結構的影響,通過對運營隧道變形現(xiàn)場調(diào)查及原因分析,結合采動評估模型,對運營隧道結構變形進行研究。結果表明:隧道病害的主要原因是地表沉陷和水平位移,開采過程中會出現(xiàn)襯砌拉伸開裂、變形縫擠死、混凝土崩落、拱頂脫皮等危害性變形,應做好監(jiān)測工作,設置變形縫；對部分二次初襯應做配筋；對隧底部分冒落帶和導水裂縫帶圍巖進行注漿加固,可有效減少對隧道結構的影響。

本文結合重慶兩江橋渝中連接隧道近接軌道交通六號線小什字車站2號風道豎井段(下稱\"2號風道豎井\")的工程實例,研究分析了城市隧道對軌道交通的影響。結合施工步序,以2號風道豎井為研究對象,通過midas/gts進行三維數(shù)值模擬,分析2號風道豎井附近圍巖應力分布及豎井的變形,并對2號風道豎井安全穩(wěn)定性做了研究。研究結果表明該工程的修建會對輕軌6號線的2號風道豎井造成的擾動可控,輕軌交通和2號風道豎井均能保證安全,也可為類似非對稱異性隧道結構的建設提供一定的依據(jù)。

本文結合重慶兩江橋渝中連接隧道近接軌道交通六號線小什字車站2號風道豎井段(下稱\"2號風道豎井\")的工程實例,研究分析了城市隧道對軌道交通的影響。結合施工步序,以2號風道豎井為研究對象,通過midas/gts進行三維數(shù)值模擬,分析2號風道豎井附近圍巖應力分布及豎井的變形,并對2號風道豎井安全穩(wěn)定性做了研究。研究結果表明該工程的修建會對輕軌6號線的2號風道豎井造成的擾動可控,輕軌交通和2號風道豎井均能保證安全,也可為類似非對稱異性隧道結構的建設提供一定的依據(jù)。

天津黃河醫(yī)院三期項目,深度超過5m,緊鄰天津市地鐵二號線.基于該基坑的施工過程,使用有限元軟件midas/gts進行數(shù)值模擬,評估該項目基坑工程對地鐵二號線區(qū)間結構安全性的影響.結果表明,基坑周圍土體和地鐵隧道管片的位移隨著土體開挖過程而增大,而受樓面載荷的影響較小.此外,地鐵隧道管片的豎向位移主要受基坑降水影響,其軸力和彎矩在施工過程中保持穩(wěn)定,裂縫驗算結果在允許范圍內(nèi).研究成果可以為該項目工程影響評估提供有效的參考依據(jù).

利用有限元軟件ansys建立三維有限元模型,對比隧道同步監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬計算結果,驗證了所建模型的有效性。通過對隧道實際監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,總結了基坑疊加效應的影響,認為群基坑的疊加效應是線性疊加在實際工程應用中是偏于安全的。為控制基坑群施工對隧道的影響,可以在基坑群施工中采取合理分區(qū)分塊開挖、合理安排施工順序,采取信息化施工等一系列措施,確保施工和隧道安全。成果可為類似工程設計和施工提供有益的參考和借鑒。

隨著城市地鐵周邊建設工程項目越來越多,研究鄰近地鐵的基坑施工對地鐵隧道影響具有重要意義?；谔K州地鐵1號線某基坑工程,采用flac3d程序,分析研究在既有地鐵隧道周邊,基坑采用不同的隔水帷幕深度情況下,地下水滲流作用對地鐵隧道的影響。數(shù)值模擬中考慮在2種不同的隔水帷幕深度時,基坑降水后隧道的位移場以及隧道管片應力。研究結果表明:1)增長隔水帷幕深度有利于控制隧道周圍孔隙水壓力降低,有利于減小隧道結構變形。2)隨著隔水帷幕深度增加,減小了基坑降水引起隧道結構應力的降低。

隨著立體交通路網(wǎng)的發(fā)展,在機場跑道或停機坪下修建隧道的情況時有發(fā)生,這就需要研究飛機移動荷載對下穿隧道結構的影響,以確保其安全。文章依托北京市首都機場捷運工程,基于有限元法比選了節(jié)點動力荷載及面動力荷載兩種簡化飛機移動荷載的響應結果,結合計算結果與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),進一步分析了飛機移動荷載對隧道結構的影響規(guī)律。結果表明:兩種飛機簡化荷載作用下,隧道的豎向位移變化規(guī)律相似,但節(jié)點動力荷載作用時隧道的豎向位移略大;飛機著陸點與隧道相對位置的變化對隧道結構的豎向位移變化規(guī)律影響不大;飛機位于隧道正上方三倍洞徑范圍內(nèi)跑道時對隧道結構的動力影響是不容忽視的,不僅引起隧道結構發(fā)生明顯的豎向位移,還可導致圍巖壓力的顯著增大;而在飛機動、靜荷載作用下,拱頂中心位置的圍巖壓力及豎向位移最大,需重點關注。

隨著立體交通路網(wǎng)的發(fā)展，在機場跑道或停機坪下修建隧道的情況時有發(fā)生，這就需要研究飛機移動荷載對下穿隧道結構的影響，以確保其安全。文章依托北京市首都機場捷運工程，基于有限元法比選了節(jié)點動力荷載及面動力荷載兩種簡化飛機移動荷載的響應結果，結合計算結果與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，進一步分析了飛機移動荷載對隧道結構的影響規(guī)律。結果表明：兩種飛機簡化荷載作用下，隧道的豎向位移變化規(guī)律相似，但節(jié)點動力荷載作用時隧道的豎向位移略大；飛機著陸點與隧道相對位置的變化對隧道結構的豎向位移變化規(guī)律影響不大；飛機位于隧道正上方三倍洞徑范圍內(nèi)跑道時對隧道結構的動力影響是不容忽視的，不僅引起隧道結構發(fā)生明顯的豎向位移，還可導致圍巖壓力的顯著增大；而在飛機動、靜荷載作用下，拱頂中心位置的圍巖壓力及豎向位移最大，需重點關注。

通過建立三維有限元數(shù)值模型,分析了雙基坑開挖不同施工階段對已有隧道變形的影響.結果表明:雙基坑與鄰近隧道平行布置時,隧道會發(fā)生較大變形,其水平最大位移比垂直布置時的大10％,且后開挖基坑造成的隧道位移較先開挖基坑變形大7％左右;雙基坑與隧道垂直布置時,遠隧道基坑開挖對隧道影響極小,隧道變形主要由近隧道基坑開挖決定.針對上述水平布置和垂直布置工況均發(fā)現(xiàn),隧道一側雙基坑開挖施工對隧道的水平位移影響較大,豎向位移約為水平位移的1/10.隧道本身在豎直方向變形為上下向中心擠壓,隧道在水平方向上有指向基坑的側移,同時隧道本身的變形為中心向兩側拉伸,且在開挖基坑中心位置對應處隧道的位移與變形最為明顯.

城市化的快速發(fā)展促使城市建設中的地鐵隧道和基坑工程規(guī)模的不斷加大,針對城市建筑密集區(qū)域存在的基坑開挖對下方地鐵隧道產(chǎn)生的環(huán)境巖土問題,結合廣州地鐵珠江新城站區(qū)段,參照既有的計算分析的結果,歸納了防止基坑開挖時下方盾構隧道結構變形過大的措施,可供類似工程參考。

利用有限元軟件ansys建立三維有限元模型,對比隧道同步監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬計算結果,驗證了所建模型的有效性.通過對隧道實際監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,總結了基坑疊加效應的影響,認為群基坑的疊加效應是線性疊加在實際工程應用中是偏于安全的.為控制基坑群施工對隧道的影響,可以在基坑群施工中采取合理分區(qū)分塊開挖、合理安排施工順序,采取信息化施工等一系列措施,確保施工和隧道安全.成果可為類似工程設計和施工提供有益的參考和借鑒.

襯砌厚度不足缺陷的存在將顯著改變隧道結構的力學狀態(tài),并對隧道結構的安全造成威脅.文章以ⅳ級圍巖雙車道公路隧道為工程背景,采用數(shù)值模擬研究襯砌整體或局部厚度不足條件下隧道結構的安全狀態(tài).結果表明:襯砌厚度不足使缺陷處結構的軸力與彎矩減小,同時降低了結構的極限承載力,從而導致缺陷處隧道結構的安全系數(shù)顯著降低;襯砌局部厚度不足對缺陷處隧道結構截面內(nèi)力、承載力和安全系數(shù)具有顯著影響,而對遠離缺陷處隧道結構截面的影響相對較小;襯砌厚度整體或局部厚度不足時,襯砌厚度值與結構安全系數(shù)基本呈線性關系,經(jīng)回歸分析確定了滿足結構安全要求的臨界襯砌厚度值.研究成果可為存在襯砌厚度不足缺陷隧道的結構安全性分析及評價提供參考.

結合廈門東通道(翔安)海底隧道陸域段對crd1、crd3部超前和crd1、crd2部超前兩種施工工序的結構內(nèi)力,采用現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬手段進行了對比分析,兩種方法所得結果吻合良好。研究表明,在兩種施工工序條件下,隨施工部的開挖,結構內(nèi)力呈增大趨勢,但仍滿足施工安全要求,且crd1、crd3部超前時的結構內(nèi)力略小于crd1、crd2部超前時的結果,為隧道的信息化施工提供了依據(jù)。

軟土的蠕變特性會削弱土拱效應,導致作用在隧道結構的土壓荷載及隧道變形隨時間發(fā)生變化.文章考慮軟土的粘滯性,選取時間硬化法則與druker-prager屈服準則耦合的蠕變模型,結合上海地區(qū)軟粘土的室內(nèi)三軸流變試驗數(shù)據(jù),采用數(shù)值分析軟件abaqus建立有限元模型,分析軟土蠕變特性對隧道-地層接觸壓力的影響以及隧道的變形與內(nèi)力等隨時間的變化規(guī)律,并進一步探討軟土蠕變對土拱效應以及隧道長期受力性能的影響,研究結果對軟土隧道設計中長期荷載的合理取值具有重要意義.

針對襯砌拱頂、左拱腰和右拱腰脫空組合工況,基于荷載-結構法平面計算分析模型,通過設置不同的脫空范圍,分析襯砌脫空對在役隧道結構安全性的影響規(guī)律。研究結果表明:隧道襯砌各脫空位置相互之間的影響很小,對隧道整體的安全性影響不大;而脫空范圍主要改變了隧道襯砌結構受力和變形狀態(tài),對襯砌結構的安全性影響極大,特別是當脫空范圍大于20°時,在圍巖荷載作用下,襯砌結構將很快出現(xiàn)開裂、剝落等嚴重病害,直至完全喪失承載能力或退出正常使用狀態(tài)。最后,針對不同缺陷情況,提出了相應的處治措施。