隧道施工對近接既有人防工程的影響監(jiān)測

針對城市新建地下通道下穿既有公路的工程情況,采用三維數(shù)值模擬手段對既有公路路面縱橫向影響范圍和應力分布特征及洞周的位移、應力隨隧道開挖的動態(tài)變化規(guī)律進行了研究,得到了既有公路在隧道下穿過程中的最危險區(qū)域,路面底部很有可能會產生受拉破壞,同時隧道內側拱頂將產生沉降,拱底將產生隆起等結論性成果,進而提出了保證既有公路正常運營和新建隧道安全施工的方法、監(jiān)測手段和加固措施。

隨著地下空間開發(fā)事業(yè)的蓬勃發(fā)展,隧道近距離穿越既有樁基的現(xiàn)象時有發(fā)生。近接施工會引起樁基的附加變形和內力,進而對既有建筑物造成不利影響。本文總結了隧道近接施工對既有樁基影響的四種研究方法及其發(fā)展過程,指出了每種研究方法的適用條件。分析了現(xiàn)階段近接施工案例的特點、當前研究工作的主要內容和主要成果。最后指出了今后研究需重點關注的幾個問題,可為類似問題的研究提供借鑒。

通過對某地鐵隧道下穿既有人行地下通道的數(shù)值模擬分析,討論了大跨隧道分部開挖施工方法對通道結構的影響。計算表明,雙側壁導坑分部開挖方法能有效控制地下通道底部的沉降。

由于受地形地質條件等因素的限制,相當一部分新建隧道與既有隧道之間設計距離較近,新隧道施工會對既有隧道造成不利影響,同時也妨礙了新建隧道的順利施工。實踐證明,充分考慮新舊隧道的相互影響,并采取有效措施,能夠確保既有隧道結構的安全和新建隧道的質量。

大理至麗江高速公路龍翔隧道上跨廣大鐵路浴龍山隧道工程,與既有隧道襯砌最小凈距為19.6m,屬淺埋大跨隧道上跨既有隧道工程。根據(jù)經驗法,分析了新建隧道對既有隧道的影響。借助數(shù)值分析方法,分析了既有隧道受影響的規(guī)律,把握了影響分析的重點。根據(jù)經驗及數(shù)值模擬結果,提出既有隧道比較合理的變形預警值和容許值,既有隧道受影響的位置、范圍及尺寸,并提出新建隧道施工時,既有隧道的加固處理措施和意見。

以重慶軌道交通環(huán)線區(qū)間隧道下穿既有結構樁基為背景,利用有限元分析方法,對隧道施工影響下樁基變形受力進行研究。通過數(shù)值分析得出以下結論:隧道開挖通過土體變形對樁基產生影響,開挖過程中隧道、土體和樁基三者之間形成有機的相互作用體系；隧道施工對建筑物樁基的變形受力影響與其距隧道中線距離密切相關,離隧道中線越近,樁基沉降越大；樁身軸力的影響主要與樁身周邊土體相對豎向位移有關。通過數(shù)值分析結果和現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),二者所反映的規(guī)律基本相同,因此,得出的數(shù)值分析結果可為今后類似工程提供借鑒。

采用三維有限元方法對平行盾構隧道施工進行模擬,分析新隧道動態(tài)掘進時既有隧道位移、變形和內力的變化規(guī)律。模型中考慮了盾構機與管片襯砌相互作用,管片襯砌結構的橫觀各向同性性質。計算結果表明,既有隧道在盾構機附近主要產生縱向上的不均勻沉降和側移,在盾構機后方主要產生橫斷面內的旋轉。新隧道的修建還將使既有隧道受到“側向加載“效應,使其橫斷面內的彎矩減小,軸力增大,且左、右側受力不再對稱。既有隧道縱向受力出現(xiàn)先受壓、后受拉的特征,且在遠離新隧道側將出現(xiàn)最不利應力狀態(tài)。分析表明盾構機頂進力、注漿壓力和地層損失對既有隧道的影響較大,施工中應嚴格控制,而頂進反力的影響相對較小。該工作為類似工程的施工提供參考。

通過新寶塔山隧道施工過程對既有寶塔山隧道的影響進行了數(shù)值模擬,并實測了新隧道開挖過程中既有隧道襯砌結構的變形和襯砌混凝土的應變變化情況。數(shù)值模擬結果和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明,既有隧道襯砌結構的變形和襯砌混凝土的應變變化較小,新隧道施工對既有隧道影響不明顯,對后續(xù)工程施工有指導意義。

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。

以某市地鐵一號線隧道洞室的開挖工程為背景,采用flac3d軟件,通過模擬研究隧道洞室開挖施工對相鄰建筑地基基礎的影響,并根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬計算結果,回歸得到一合適的測壓系數(shù)。結果表明:當測壓系數(shù)取值為0.25時,采用flac軟件進行數(shù)值模擬能較好地符合現(xiàn)場實際情況；采用混凝土支護樁和預應力錨索組合防護措施,能顯著降低隧道洞室施工對相鄰建筑地基的影響。

隨著城市的發(fā)展,對既有地下結構的改造和擴建日益增多,城市地下空間環(huán)境復雜,近接建筑物多,施工過程中易對既有建構筑物造成影響.以重慶解放碑地下停車系統(tǒng)工程下穿銀座商場主通道下的新建電力隧道為工程背景,提出從現(xiàn)狀人防結構路面下開挖電力隧道的設計方案,經過現(xiàn)場檢測得到人防結構現(xiàn)狀參數(shù),結合有限元數(shù)值技術模擬電力隧道施工過程,分析電力隧道開挖施工引起的既有人防結構及近接建筑物基礎變形情況.結果表明:各個施工階段,既有人防結構及近接建筑物處于穩(wěn)定狀態(tài),該新建電力隧道設計方案可行.

依托武漢地鐵3號線盾構隧道下穿合武線鐵路工程,采用三維數(shù)值計算方法模擬盾構施工全過程,分析盾構掘進對鐵路箱涵結構變形及地表沉降的影響規(guī)律.研究結果表明:盾構施工導致既有箱涵結構產生以沉降為主的附加變形,沉降最大值出現(xiàn)在結構底板處;盾構掘進過程中,地表變形呈先隆起后沉降的規(guī)律,盾構開挖面到達分析斷面前后各1倍洞徑距離范圍內地表變形波動較大;箱涵變形值隨隧道埋深的增大呈減小趨勢,當埋深增加到一定程度后,軌面沉降仍大于限制值,需采取合理的地層加固措施,以減小施工對既有結構的影響.

采用二次元彈性fem法,建立了某地下盾構隧道開挖有限元模型,模擬了隧道開挖過程對地上管理塔的影響,通過管理塔基礎的變形量來定量確認管理塔在盾構隧道開挖過程中的安全性,結果表明,管理塔基礎變形量小于限制值,管理塔在隧道開挖過程中是安全的。

新建盾構隧道施工過程對既有隧道的變形影響研究對既有隧道的保護具有重要的意義。應用復變函數(shù)保角映射理論和schwarz交替法相結合的方法,首先推導淺埋新建盾構隧道施工過程對既有隧道變形影響的解析解,推導過程中考慮了地層初始應力場以及新建隧道施工過程中不同階段的影響;接著,應用matlab數(shù)學工具,編制了推導的解析解公式的計算程序,計算了新建盾構隧道施工過程中既有隧道的變形。結合上海人民路越江隧道工程的地質條件,分析了新建隧道開挖過程中盾尾注漿和盾尾脫出兩個過程對既有隧道變形影響的附加應力及位移。結果表明,既有隧道變形受到兩隧道凈間距的大小的影響顯著,隨著凈距的減小,既有隧道洞邊徑向變形急劇增大。新建隧道施工中盾尾脫開導致既有隧道洞頂變形最大,而盾尾注漿導致既有隧道右側洞腰變形最大。不同洞徑和相同埋深時,隨著洞徑的增大既有隧道受到新建隧道開挖的影響越大。相同洞徑和不同埋深下,既有隧道受到新建隧道開挖影響的變化較小。

城市地鐵隧道盾構施工過程中,由于地層損失引起周圍土體變形,從而造成既有近接管線中產生附加應力。過大的附加應力會導致管線破壞,對城市運行造成較大影響。本文采用abaqus有限元計算平臺,建立了不同工況下隧道與既有近接管線垂直情況下有限元計算模型,對管隧距離、管線材料以及管線直徑進行研究,探索其對周圍地下管線及其土體變形特性的影響規(guī)律。結果表明隨著管隧距離的減小,管線及其周圍土體的沉降量逐漸增大;隨著管線彈性模量的增加,管線及其周圍土體的沉降量逐漸減小;隨著管線直徑的增大,管線及其周圍土體的沉降量亦逐漸減小。

基于mimdlin解和loganathan公式對盾構施工正面附加荷載、側壁摩擦力及盾尾土體損失作用分別進行數(shù)值積分求解,得出土體彈性位移場;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施工產生的附加位移.應用該解析解計算分析平行、正交以及重疊三種形式盾構隧道施工的影響,并采用有限元軟件,考慮開挖卸荷、盾尾注漿及掌子面頂進等施工過程,對上述三種工況進行三維數(shù)值模擬.將數(shù)值模擬、實測值及理論分析結果對比分析發(fā)現(xiàn),三者整體上吻合較好,驗證了本文新建盾構隧道對既有隧道縱向變形理論分析方法的正確性.為快速評估盾構近接施工對既有盾構隧道結構安全的影響提供了新途徑.

針對成都某新建城際鐵路隧道近接下穿既有市政管線隧道的設計和施工方案,運用有限差分法和流固耦合理論,分析研究了降水以及新建隧道施工過程中,上部既有市政管線隧道的受力特性及位移變化規(guī)律,研究結果表明:既有管線隧道襯砌結構應力和位移變化及分布規(guī)律幾乎一致,交叉處界面位移最大,并沿隧道縱向向兩端逐漸減小且呈對稱分布;交叉處30m范圍內,拱頂縱向應力主要為負值即壓應力,仰拱縱向應力主要為正值即拉應力;降水施工對上部市政管線隧道的影響遠大于新建隧道施工造成的影響,前者所引起的沉降約占75%～80%,后者所引起的沉降約占20%～25%;降水施工所引起的縱向最大拉應力為新建隧道施工引起的1.39～3.39倍.所以,降水施工前應采取一定的特殊輔助措施,以保證降水施工時結構安全性.

近年來，經濟水平的提高使得我國城市建設對交通設施的需求不斷增多，城市各種市政設施的新建和擴能改造，一些新的交通設施和道路也在不斷建設中，出現(xiàn)了大量鄰近既有越江隧道的新建地下工程。在這些新建隧道與地下工程的設計與施工中，由于受地形地質條件等因素的限制，相當一部分新建隧道與既有隧道之間設計距離較近，新隧道施工會對既有隧道遣成不利影響，同時也妨礙了新建隧道的順利施工。

以實際工程為例,形象地模擬了隧道施工和橋梁距離較近時的動態(tài),對橋面板豎向應力變化以及橋面板豎向和橋墩的豎向位移情況進行了詳盡的分析,有效降低了施工過程對臨近橋梁產生的影響。

隨著城市軌道交通建設的快速發(fā)展,緊鄰地鐵區(qū)間隧道的深基坑工程越來越多。鄰近基坑施工必然對既有地鐵區(qū)間隧道的結構和運營安全造成一定的影響。文章以上跨鄭州市軌道交通1號線地鐵區(qū)間隧道的鄭州綜合交通樞紐地下交通工程東廣場項目為依托,運用三維數(shù)值模擬分析方法,對東廣場項目的整個施工過程進行了動態(tài)模擬,深入研究了鄰近工程施工對既有地鐵隧道的影響。研究表明,在采取了可靠的保護措施后,雖然地鐵隧道仍出現(xiàn)隆起變形,但變形值較小,鄰近工程施工對既有地鐵隧道的影響整體上是安全可控的。

隨著社會經濟的發(fā)展,城市及山區(qū)的道路、橋梁建設范圍在不斷擴大.與此同時,隧道施工的方法也在逐漸改進中.本文主要就復線隧道施工的必然性、爆破振動監(jiān)測情況和既有隧道的影響因素等方面進行了論述.

隨著城市地下空間的不斷開發(fā),越來越多的深基坑與城市軌道交通控制保護區(qū)重疊.鑒于城市軌道交通這種極其重要的市政設施,高層建筑物深基坑施工必須保證鄰近既有隧道的安全性.以重慶市中心區(qū)域某涉軌項目的高層建筑深基坑為例,通過數(shù)值模擬分析了深基坑施工對既有隧道的影響,確定了切實可行的施工方案,監(jiān)測數(shù)據(jù)亦驗證了方案的可行性.