西安地铁盾构下穿高铁路基沉降及变形分析

为研究黄土地区盾构隧道下穿高铁路基响应规律,依托西安地铁一号线下穿某高铁线实际工程,基于沉降理论估算了双线隧道施工引起上方路基沉降量,建立了区间隧道下穿既有高铁路基数值模型,分析了不同桩底与隧道净距下道床、路基、水泥粉煤灰碎石(cement fly-ash gravel,CFG)桩竖向沉降与CFG桩受力响应规律。结果表明:CFG桩轴力、道床、路基竖向沉降变形随桩底与隧道净距逐渐增大而增大,施工至隧道正上方时达到最大,平行于掘进方向随与隧道水平距离增加,沉降逐渐减小,沿盾构施工方向沉降逐渐增大,道床与路基结构产生倾斜但垂直倾斜高度均不超过2 mm;CFG桩最大轴力集中于两侧单桩,而隧道正上方范围内CFG所受轴力较小,在桩底与隧道距离为3.235 m与5 m工况下,CFG桩所受轴力值分别达到最小和最大,褥垫层以内的CFG桩未出现受压破坏。

类矩形盾构隧道上穿施工引起既有隧道剪切错台变形研究

基于镜像法和Mindlin解,建立类矩形盾构隧道上穿施工计算模型,推导出土体损失、盾构正面推力、盾壳摩擦力和注浆压力在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式。采用剪切错台模型将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理得出既有隧道的竖向位移计算公式。依托工程实例,对比理论计算结果和数值模拟结果,验证本文计算方法的适用性。最后,分析既有隧道的竖向位移、环间错台量和剪切力随掘进施工的变化过程,并对工程中的关键参数进行敏感性分析。研究结果表明:相比于Winker地基梁模型,剪切错台模型计算结果与数值模拟结果更接近,验证了本文计算公式的正确性;随着新建隧道掘进,既有隧道的隆起变形、环间错台量和剪切力不断增大,在盾构机通过既有隧道轴线20 m后趋于稳定;在既有隧道隆起变形最大处,环间错台量和剪切力最小;在隆起变形曲线反弯点处,环间错台量和剪切力最大;随着隧道矩形长边宽度和土体损失间隙增大,既有隧道隆起变形增加,隆起拱宽度增加;随着既有隧道埋深增加,隆起变形减小,隆起拱宽度变化不明显。

节理裂隙发育诱导的隧道围岩不稳定块体的预测

围岩中节理裂隙发育形成的不稳定结构体是诱发冒顶和塌方的原因之一,为了预测围岩中的不稳定块体,首先通过块体棱矢量与结构面法向量点乘所得到的矢量判别矩阵判断块体的运动形式,然后根据不同形式块体的受力方式,给出相应的稳定性系数计算方法,最后以江玉高速公路马章岭隧道为依托,利用块体理论预测潜在的不稳定块体.研究结果表明:在不同节理裂隙组合下,块体可分为不可动块体、脱离岩体运动块体、沿单面滑动块体、沿双面滑动块体.所提的块体理论可有效地预测出不稳定块体的存在,实现节理裂隙发育工况下的围岩稳定性分析.另外,研究结果可为类似工程冒顶塌方的预测提供借鉴.

香树坳岩溶隧道数值模拟和扰动效应分析

文章结合香树坳隧道工程项目,利用有限元分析软件建立了隧道下穿岩溶的二维模型,分析了溶洞位置对双线香树坳隧道围岩变形和受力的影响情况,并详细介绍了溶洞和隧道顶部距离对隧道围岩的变形和受力的影响规律。研究结果表明,溶洞的存在会对双线隧道围岩变形和受力产生明显的影响,使隧道围岩的变形和受力沿单一隧道中心线不对称分布。

基于拟静力法的地震作用下隧道掌子面动态稳定性上限分析

地震是地下工程灾害的诱因之一,研究地震影响下隧道掌子面的稳定性具有重大意义。根据极限分析上限定理,运用Baker强度准则和拟静力法分别描述土体强度和地震力的影响,计算分析隧道掌子面的稳定性,并进行了对比分析和参数分析,研究结果表明:(1)计算结果与其他学者的研究结果接近,最大误差不超过6%,说明理论计算公式是合理且正确的,可以运用于实际工程当中;(2)随着影响剪切强度大小的参数A的增大,围岩压力非线性减小,当A<0.5时,围岩压力随着影响强度包络线曲率的参数n的增大而减小,当A>0.5时,围岩压力随着n的增大而增大;(3)围岩压力与控制强度包络线交点的参数T呈线性递减的关系,与水平、竖直地震加速度系数k_(h)、k_(v)均呈线性递增的关系;(4)当A、n或T减小时,隧道掌子面前方破坏范围增大,其中参数A效果最明显,n次之,T不太明显,当k_(h)、k_(v)增大时,隧道掌子面前方破坏范围也随之增大。

移动飞机荷载对机场跑道下方土体的附加应力分析

以长沙黄花机场东延线接入T3航站楼工程为依托,通过理论计算得到了5种不同机型飞机动载在土体中产生的附加应力,并对比分析了覆土深度和机型区别对土体附加应力的影响。结果表明,空客A380-800机型产生的附加应力远大于其余四种机型,而其余四种机型在土体中产生的最大附加应力相差不大;覆土深度会显著影响附加应力大小,两者之间呈反比例关系;土体中产生的最大附加应力处会偏离坐标原点,空客A380-800机型偏离坐标原点距离最大;随着与机轮水平距离的增加,土体中的附加应力衰减迅速,空客A380-800机型在土体中产生的附加应力随距离的增加衰减最快。

曲线盾构隧道掘进引发机场地下油管沉降变形分析

机场磁浮盾构隧道掘进过程会对机场跑道和地下油管产生扰动,严重时会影响机场安全运营,造成重大经济损失。为揭示机场磁浮曲线段盾构隧道掘进过程中引发的地下油管变形扰动效应,采用理论计算、数值模拟及现场监测的方法,研究曲线段盾构隧道下穿引起地下油管的沉降变形。结果表明:盾构机在曲线段掘进过程中,地下油管横向沉降槽将会偏离隧道中轴线,在曲线隧道内侧的地下油管沉降明显大于曲线隧道外侧的地下油管沉降;盾构开挖面附加推力t、盾壳摩阻力f以及附加注浆压力g导致地下油管沉降的横向分布呈“U”型,盾壳摩阻力和地层损失是显著影响因素;三种方法下的地下油管变形结果相近,验证了理论计算方法的正确性和适用性。

飞机动载作用下盾构隧道结构动力响应研究

为研究飞机动载对盾构隧道的影响,以长沙黄花机场东延线接入T3航站楼工程为依托,建立了盾构下穿机场道面有限元计算模型,对贯通状况下盾构隧道进行模拟,以空客A380-800机型的机轮布置图为基础加载荷载。结果表明:盾构贯通状况下中竖向位移最大值为10.88 mm,竖向位移最大值均发生在隧道拱顶位置;盾构隧道各节点产生的横向位移远远小于竖向位移。模拟值和现场实测值的最大沉降都不超过现场监测项目控制值20 mm,因此盾构隧道下穿机场项目是处在安全可控制的范围内。