新建隧道侵入對樁基的力學(xué)影響

新建隧道近接既有隧道下開挖會產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。以某擬建隧道為背景,通過有限元軟件研究了近接既有隧道開挖施工力學(xué),分析了新建隧道開挖過程中的應(yīng)力、應(yīng)變及變形情況,為近接隧道的設(shè)計施工提供參考。

某越江隧道擬近距垂直穿越既有雙線地鐵隧道,本文采用大型非線形有限元分析軟件進(jìn)行了三維彈塑性數(shù)值模擬。研究內(nèi)容主要為不同凈距穿越時,新建隧道施工對既有地鐵隧道的影響規(guī)律。計算結(jié)果給出了新建隧道近距垂直穿越既有雙線地鐵隧道時的力學(xué)規(guī)律。

通過新寶塔山隧道施工過程對既有寶塔山隧道的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬,并實(shí)測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)場實(shí)測數(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,新隧道施工對既有隧道影響不明顯,對后續(xù)工程施工有指導(dǎo)意義。

主要通過分析某ⅳ級圍巖雙孔平行隧道,采用midas/gts軟件進(jìn)行二維模型計算得出了爆破振速數(shù)據(jù),分析出隧道埋深相同新建隧道與既有隧道間距不同情況下,新建隧道爆破開挖產(chǎn)生的振動對既有隧道襯砌迎爆側(cè)的邊墻的墻頂和墻腰之間部位影響最大,既有隧道襯砌的振動速度隨著隧道間距的增大而減小。

近年來，經(jīng)濟(jì)水平的提高使得我國城市建設(shè)對交通設(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。

新建隧道穿越施工對既有雙線地鐵隧道的影響

通過midas/gts軟件對新建隧道爆破施工對鄰近既有隧道影響進(jìn)行了研究,通過分析不同的隧道間距對既有隧道襯砌振速、位移、應(yīng)力造成的影響得出了以下結(jié)論:既有隧道迎爆側(cè)拱腰部位是振速峰值、位移最大值的發(fā)生區(qū)；既有隧道襯砌最小主應(yīng)力出現(xiàn)在距爆破面最近的迎爆側(cè)拱頂位置,應(yīng)加強(qiáng)此區(qū)域監(jiān)測；隧道間距小于12m的情況下施工需謹(jǐn)慎進(jìn)行,建議適當(dāng)減小爆破開挖進(jìn)尺以減弱對既有隧道影響。

為揭示新建隧道正交下穿施工對既有隧道結(jié)構(gòu)安全及地表建筑物產(chǎn)生的影響,依托某新建地鐵區(qū)間隧道工程,采用三維有限差分方法構(gòu)建了新建隧道正交下穿既有隧道的三維數(shù)值計算模型,探討了新建隧道正交下穿施工對地表沉降及既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,得出了地表橫向、縱向沉降規(guī)律以及既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力的變化規(guī)律.

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(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(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗及數(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,既有隧道的加固處理措施和意見。

以上海市西藏南路越江隧道為工程背景,采用數(shù)值模擬的方法,對新建越江隧道下穿既有隧道(m8線)施工引起的既有隧道及地表變形進(jìn)行了分析,并對縱向加固既有隧道以減小其變形的效果進(jìn)行了模擬計算。結(jié)果表明,新建隧道施工中須將地層損失率控制在1%以內(nèi),以減小對既有隧道及地表變形的影響;在隧道中心埋深較大的情況下,對既有隧道采取縱向加固措施以減小其變形的效果并不明顯。

應(yīng)用dh5938動態(tài)信號測試分析系統(tǒng),對既有隧道襯砌表面迎爆側(cè)動應(yīng)變進(jìn)行試驗測試,分析動應(yīng)變與振速的關(guān)系;探討了以動應(yīng)變來衡量爆破振動對既有隧道影響的可能性,研究了鄰近鐵路隧道施工爆破振動對既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的影響。

近些年來,隨著我國交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展,隧道工程的建設(shè)規(guī)模也不斷擴(kuò)大,在隧道建設(shè)當(dāng)中,有相當(dāng)一部分需要從鐵路下部穿過,給現(xiàn)有的鐵路造成影響.本文就以茨沖隧道下穿既有貴昆鐵路施工為例,通過建立相應(yīng)的分析模型,分析了隧道下穿施工對既有鐵路路基結(jié)構(gòu)安全的影響,以為新建隧道的設(shè)計和施工提供有效借鑒.

文章以新建庫魯塔格隧道爆破施工為例,通過進(jìn)行爆破振動測試,分析爆破施工過程中既有隧道的爆破振動速度與微應(yīng)變之間的相互關(guān)系,研究新建隧道爆破施工對臨近既有隧道的影響。

對深圳葵壩路隧道下穿鹽壩立交進(jìn)行了二維的動力數(shù)值分析。以臺階法為主要分析工況研究了爆破開挖過程中地震波在地層及建筑構(gòu)筑物中的傳播規(guī)律和各重要監(jiān)測點(diǎn)的時程曲線及位移分布云圖。研究發(fā)現(xiàn):在爆破振動作用下,豎向傳播速度明顯大于橫向傳播速度;各開挖步振速均小于安全控制基準(zhǔn),滿足爆破振動的安全性要求,既有橋梁將處于安全運(yùn)營狀態(tài)。

依托蘭州南繞城高速公路項目,通過模擬該地區(qū)年降雨量的實(shí)際情況在自重濕陷性黃土場地上進(jìn)行現(xiàn)場浸水載荷試驗。設(shè)置了樁基在自重?zé)o荷載情況下浸水和浸水完成后在土體固結(jié)過程中對其進(jìn)行加卸載這兩種工況。實(shí)驗結(jié)果表明,在模擬兩次非連續(xù)性降雨情況下,樁在自重濕陷時負(fù)摩阻力的變化值較小并且其影響范圍在地表以下7m左右。由于在整個實(shí)驗過程中負(fù)摩阻力均出現(xiàn)多峰值狀態(tài),從而出現(xiàn)多個中性點(diǎn),為便于設(shè)計者設(shè)計施工,提出等效中性點(diǎn)概念,等效中性點(diǎn)位于樁的0.257~0.40樁長范圍內(nèi)。而等效中性點(diǎn)的位置比《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》給出的參考值范圍小很多,可為以后蘭州地區(qū)樁基設(shè)計提供參考。

基于河北某下穿高速公路的新建隧道工程,對其在施工過程中的受力及圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,通過圍巖參數(shù)、圍巖、覆蓋層厚度、施工方法的二維和三維有限元計算。結(jié)果表明,各種計算工況表明支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖穩(wěn)定,能滿足結(jié)構(gòu)受力和圍巖穩(wěn)定的要求；采用三臺階法能能達(dá)到結(jié)構(gòu)受力和圍巖穩(wěn)定的要求。隨著開挖的不斷增加,結(jié)構(gòu)水平位移和豎向位移均隨之增加,開挖時各臺階均有急驟增加趨勢。圍巖最小主應(yīng)力和最大主應(yīng)力隨埋深的增大而上升,但是影響程度不大；初期支護(hù)最小和最大主應(yīng)力均隨埋深的增大而顯著增大,圍巖塑性區(qū)范圍也隨之增大,在埋深大于305m后趨于穩(wěn)定。通過現(xiàn)場監(jiān)控量測,在施工過程中,對支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)及時掌握,確保隧道施工質(zhì)量及安全,現(xiàn)場監(jiān)測表明隧道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

在地下結(jié)構(gòu)動力學(xué)數(shù)值方法的基礎(chǔ)上,采用模態(tài)分析得到了體系的動力特性方程,通過ansys的瞬態(tài)動力學(xué)計算,研究了鄰近鐵路隧道施工爆破振動對既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的影響

預(yù)測隧道開挖對鄰近樁基產(chǎn)生的附件內(nèi)力和變形對隧道建設(shè)具有重要意義.傳統(tǒng)彈性地基梁法忽略了相鄰樁-土界面單元的相互作用和樁-土界面的塑性變形,其預(yù)測結(jié)果與實(shí)際有較大出入.基于mindlin解考慮樁-土界面單元相互作用,假設(shè)樁-土界面為理想彈塑性體,根據(jù)摩爾庫侖準(zhǔn)則得出樁側(cè)土體的極限剪應(yīng)力和極限土壓力,可由本構(gòu)方程得出隧道開挖引起的樁基附加內(nèi)力和變形的塑性解.將該方法得到的塑性解與離心試驗結(jié)果進(jìn)行對比,驗證了該方法的合理性.新方法考慮了樁身相鄰樁-土界面單元的相互作用,得到的附加變形較傳統(tǒng)地基梁解大.最后,討論了樁-土界面塑性變形對樁基附加內(nèi)力及變形的影響,由于不考慮樁-土界面塑性變形,導(dǎo)致樁基附加內(nèi)力和變形產(chǎn)生較大偏差,并且隨著地層損失率增加,偏差增大.

由于用地資源的緊張和地鐵網(wǎng)絡(luò)的密布,加上許多新建建筑距離地鐵較近,在上海地區(qū)的軌道交通開發(fā)建設(shè)過程中都會涉及對已建地鐵設(shè)施的保護(hù)問題。建立了新建建筑樁基對緊鄰已建地鐵隧道的影響分析計算模型,采用有限元法和解析法進(jìn)行計算,研究了不同布樁方案、樁基與隧道間距、樁基沉降等對已建地鐵隧道的影響。分析結(jié)果可以為上海地區(qū)在城市開發(fā)過程中對地鐵隧道的保護(hù)提供分析依據(jù)。

首先討論了隧道施工對周圍樁基的不利影響分析;然后利用有限差分軟件,分析了既有群樁(2×2)受隧道施工的影響,考慮了樁長、樁距隧道間的水平距離等因素變化時樁及樁間土的響應(yīng);最后總結(jié)了幾種常見的樁基控制保護(hù)措施。

結(jié)合南大路立交橋匝道樁基施工,采用現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬手段,分析了樁基施工過程中深層水平位移、地表沉降以及近鄰隧道結(jié)構(gòu)變形的變化。結(jié)果表明:樁基施工對周邊土體產(chǎn)生擠壓,地表發(fā)生隆起,而后隆起量降低并趨于穩(wěn)定；樁基鄰近匝道路基邊坡施工,開挖卸載引起土體應(yīng)力釋放,地表產(chǎn)生較大隆起變形,約占最大變形量的50%；樁基施工將對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響:距隧道結(jié)構(gòu)越近,其影響越大；樁基成孔及灌注對近鄰隧道結(jié)構(gòu)影響最大。