隧道施工對(duì)近接既有人防工程的影響監(jiān)測(cè)

針對(duì)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(duì)既有公路路面縱橫向影響范圍和應(yīng)力分布特征及洞周的位移、應(yīng)力隨隧道開挖的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行了研究,得到了既有公路在隧道下穿過程中的最危險(xiǎn)區(qū)域,路面底部很有可能會(huì)產(chǎn)生受拉破壞,同時(shí)隧道內(nèi)側(cè)拱頂將產(chǎn)生沉降,拱底將產(chǎn)生隆起等結(jié)論性成果,進(jìn)而提出了保證既有公路正常運(yùn)營(yíng)和新建隧道安全施工的方法、監(jiān)測(cè)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(shí)有發(fā)生。近接施工會(huì)引起樁基的附加變形和內(nèi)力,進(jìn)而對(duì)既有建筑物造成不利影響。本文總結(jié)了隧道近接施工對(duì)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(diǎn)、當(dāng)前研究工作的主要內(nèi)容和主要成果。最后指出了今后研究需重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)問題,可為類似問題的研究提供借鑒。

通過對(duì)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(duì)通道結(jié)構(gòu)的影響。計(jì)算表明,雙側(cè)壁導(dǎo)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(zhì)條件等因素的限制,相當(dāng)一部分新建隧道與既有隧道之間設(shè)計(jì)距離較近,新隧道施工會(huì)對(duì)既有隧道造成不利影響,同時(shí)也妨礙了新建隧道的順利施工。實(shí)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(jié)構(gòu)的安全和新建隧道的質(zhì)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(jīng)驗(yàn)法,分析了新建隧道對(duì)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(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果,提出既有隧道比較合理的變形預(yù)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(shí),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(jié)構(gòu)樁基為背景,利用有限元分析方法,對(duì)隧道施工影響下樁基變形受力進(jìn)行研究。通過數(shù)值分析得出以下結(jié)論:隧道開挖通過土體變形對(duì)樁基產(chǎn)生影響,開挖過程中隧道、土體和樁基三者之間形成有機(jī)的相互作用體系；隧道施工對(duì)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(guān),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(duì)豎向位移有關(guān)。通過數(shù)值分析結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(jié)果可為今后類似工程提供借鑒。

采用三維有限元方法對(duì)平行盾構(gòu)隧道施工進(jìn)行模擬,分析新隧道動(dòng)態(tài)掘進(jìn)時(shí)既有隧道位移、變形和內(nèi)力的變化規(guī)律。模型中考慮了盾構(gòu)機(jī)與管片襯砌相互作用,管片襯砌結(jié)構(gòu)的橫觀各向同性性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果表明,既有隧道在盾構(gòu)機(jī)附近主要產(chǎn)生縱向上的不均勻沉降和側(cè)移,在盾構(gòu)機(jī)后方主要產(chǎn)生橫斷面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。新隧道的修建還將使既有隧道受到“側(cè)向加載“效應(yīng),使其橫斷面內(nèi)的彎矩減小,軸力增大,且左、右側(cè)受力不再對(duì)稱。既有隧道縱向受力出現(xiàn)先受壓、后受拉的特征,且在遠(yuǎn)離新隧道側(cè)將出現(xiàn)最不利應(yīng)力狀態(tài)。分析表明盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)力、注漿壓力和地層損失對(duì)既有隧道的影響較大,施工中應(yīng)嚴(yán)格控制,而頂進(jìn)反力的影響相對(duì)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(duì)既有寶塔山隧道的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬,并實(shí)測(cè)了新隧道開挖過程中既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和襯砌混凝土的應(yīng)變變化情況。數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和襯砌混凝土的應(yīng)變變化較小,新隧道施工對(duì)既有隧道影響不明顯,對(duì)后續(xù)工程施工有指導(dǎo)意義。

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

以某市地鐵一號(hào)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(duì)相鄰建筑地基基礎(chǔ)的影響,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,回歸得到一合適的測(cè)壓系數(shù)。結(jié)果表明:當(dāng)測(cè)壓系數(shù)取值為0.25時(shí),采用flac軟件進(jìn)行數(shù)值模擬能較好地符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況；采用混凝土支護(hù)樁和預(yù)應(yīng)力錨索組合防護(hù)措施,能顯著降低隧道洞室施工對(duì)相鄰建筑地基的影響。

隨著城市的發(fā)展,對(duì)既有地下結(jié)構(gòu)的改造和擴(kuò)建日益增多,城市地下空間環(huán)境復(fù)雜,近接建筑物多,施工過程中易對(duì)既有建構(gòu)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(chǎng)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(jié)構(gòu)路面下開挖電力隧道的設(shè)計(jì)方案,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得到人防結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀參數(shù),結(jié)合有限元數(shù)值技術(shù)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(jié)構(gòu)及近接建筑物基礎(chǔ)變形情況.結(jié)果表明:各個(gè)施工階段,既有人防結(jié)構(gòu)及近接建筑物處于穩(wěn)定狀態(tài),該新建電力隧道設(shè)計(jì)方案可行.

依托武漢地鐵3號(hào)線盾構(gòu)隧道下穿合武線鐵路工程,采用三維數(shù)值計(jì)算方法模擬盾構(gòu)施工全過程,分析盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)鐵路箱涵結(jié)構(gòu)變形及地表沉降的影響規(guī)律.研究結(jié)果表明:盾構(gòu)施工導(dǎo)致既有箱涵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生以沉降為主的附加變形,沉降最大值出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)底板處;盾構(gòu)掘進(jìn)過程中,地表變形呈先隆起后沉降的規(guī)律,盾構(gòu)開挖面到達(dá)分析斷面前后各1倍洞徑距離范圍內(nèi)地表變形波動(dòng)較大;箱涵變形值隨隧道埋深的增大呈減小趨勢(shì),當(dāng)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(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響.

采用二次元彈性fem法,建立了某地下盾構(gòu)隧道開挖有限元模型,模擬了隧道開挖過程對(duì)地上管理塔的影響,通過管理塔基礎(chǔ)的變形量來定量確認(rèn)管理塔在盾構(gòu)隧道開挖過程中的安全性,結(jié)果表明,管理塔基礎(chǔ)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(gòu)隧道施工過程對(duì)既有隧道的變形影響研究對(duì)既有隧道的保護(hù)具有重要的意義。應(yīng)用復(fù)變函數(shù)保角映射理論和schwarz交替法相結(jié)合的方法,首先推導(dǎo)淺埋新建盾構(gòu)隧道施工過程對(duì)既有隧道變形影響的解析解,推導(dǎo)過程中考慮了地層初始應(yīng)力場(chǎng)以及新建隧道施工過程中不同階段的影響;接著,應(yīng)用matlab數(shù)學(xué)工具,編制了推導(dǎo)的解析解公式的計(jì)算程序,計(jì)算了新建盾構(gòu)隧道施工過程中既有隧道的變形。結(jié)合上海人民路越江隧道工程的地質(zhì)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(gè)過程對(duì)既有隧道變形影響的附加應(yīng)力及位移。結(jié)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(dǎo)致既有隧道洞頂變形最大,而盾尾注漿導(dǎo)致既有隧道右側(cè)洞腰變形最大。不同洞徑和相同埋深時(shí),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(gòu)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(chǎn)生附加應(yīng)力。過大的附加應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致管線破壞,對(duì)城市運(yùn)行造成較大影響。本文采用abaqus有限元計(jì)算平臺(tái),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(jì)算模型,對(duì)管隧距離、管線材料以及管線直徑進(jìn)行研究,探索其對(duì)周圍地下管線及其土體變形特性的影響規(guī)律。結(jié)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(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,考慮開挖卸荷、盾尾注漿及掌子面頂進(jìn)等施工過程,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.

針對(duì)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(shè)計(jì)和施工方案,運(yùn)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(jié)果表明:既有管線隧道襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)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(duì)稱分布;交叉處30m范圍內(nèi),拱頂縱向應(yīng)力主要為負(fù)值即壓應(yīng)力,仰拱縱向應(yīng)力主要為正值即拉應(yīng)力;降水施工對(duì)上部市政管線隧道的影響遠(yuǎn)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(yīng)力為新建隧道施工引起的1.39～3.39倍.所以,降水施工前應(yīng)采取一定的特殊輔助措施,以保證降水施工時(shí)結(jié)構(gòu)安全性.

近年來，經(jīng)濟(jì)水平的提高使得我國(guó)城市建設(shè)對(duì)交通設(shè)施的需求不斷增多，城市各種市政設(shè)施的新建和擴(kuò)能改造，一些新的交通設(shè)施和道路也在不斷建設(shè)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(shè)計(jì)與施工中，由于受地形地質(zhì)條件等因素的限制，相當(dāng)一部分新建隧道與既有隧道之間設(shè)計(jì)距離較近，新隧道施工會(huì)對(duì)既有隧道遣成不利影響，同時(shí)也妨礙了新建隧道的順利施工。

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

隨著城市軌道交通建設(shè)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(duì)既有地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)安全造成一定的影響。文章以上跨鄭州市軌道交通1號(hào)線地鐵區(qū)間隧道的鄭州綜合交通樞紐地下交通工程?hào)|廣場(chǎng)項(xiàng)目為依托,運(yùn)用三維數(shù)值模擬分析方法,對(duì)東廣場(chǎng)項(xiàng)目的整個(gè)施工過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬,深入研究了鄰近工程施工對(duì)既有地鐵隧道的影響。研究表明,在采取了可靠的保護(hù)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(duì)既有地鐵隧道的影響整體上是安全可控的。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市及山區(qū)的道路、橋梁建設(shè)范圍在不斷擴(kuò)大.與此同時(shí),隧道施工的方法也在逐漸改進(jìn)中.本文主要就復(fù)線隧道施工的必然性、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)情況和既有隧道的影響因素等方面進(jìn)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(hù)區(qū)重疊.鑒于城市軌道交通這種極其重要的市政設(shè)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(xiàng)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(duì)既有隧道的影響,確定了切實(shí)可行的施工方案,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)亦驗(yàn)證了方案的可行性.