盾构下穿诱发框架结构沉降实测与模拟分析

为研究盾构隧道施工对上方框架结构的影响,以广州市综合管廊盾构斜交下穿中高层框架结构为工程背景,采用现场沉降监测及数值反演的方法分析结构的响应规律。结果表明:本工程盾构下穿位置的柱基沉降过程表现为主要沉降-沉降回弹-沉降稳定3个阶段;沉降较大的柱基主要分布在盾构轴线沿线位置,差异沉降较大的柱基则主要分布在盾构轴线的周边位置;盾构的穿越位置会影响建筑物的倾斜趋势;盾构穿越后及时进行洞内二次注浆,能减小框架结构在稳定阶段的沉降、不均匀沉降及整体倾斜。

超载作用下土岩复合地层盾构隧道变形及破坏特征模型试验研究

地面突发堆载诱发运营期内地铁隧道病害的案例屡见不鲜,广州地区地铁隧道建设中常遇洞身上部为软土、砂层,下部为硬岩的土岩复合地层。目前对于局部超载作用下,土岩复合地层中盾构隧道变形与破坏特征并不明确,现行加固标准对于该种特殊地层的适用性也亟待验证。通过1︰5的土箱模型试验,探究不同硬岩比的土岩复合地层中隧道在正上方局部超载作用下的变形规律和破坏模式。试验结果表明:地层硬岩比对局部超载下盾构隧道的位移发展及其分布影响显著,结构的临界失稳荷载等级随着硬岩比增大而提高,结构破坏椭圆度随之减小,硬岩比的增大加强了结构外部围岩的约束作用,显著地控制了隧道椭变,但约束的加强也使结构呈现脆性性状,位移发展速率出现明显突变点;硬岩限制了其范围内管片的内力发展,且土岩交界面上部邻域管片产生应力集中现象,结构首先在此区域发生破坏,且常以贯穿式裂缝形式发展,随着硬岩比增大,结构呈崩角、劈裂等脆性破坏形式;隧道拱顶附加土压力会随结构失稳进入下降阶段,且随着硬岩比增大,软土压缩对地表超载的分散效应减弱,进而导致隧道拱顶附加土压力对地表超载更加敏感;将试验数据与现行加固标准对比分析,发现现行加固标准不适用于高硬岩比土岩复合地层中盾构隧道。研究成果可为加固标准结合地层因素优化提供理论支撑。

基坑开挖对地铁高架桥桩影响的模型试验研究

针对上软下硬地层中基坑开挖导致地铁高架桥桩受到不利影响开展室内模型试验,探究不同平面距离、不同开挖深度影响下桥桩内力和变形的发展情况,并针对地铁高架桥单墩四桩的结构形式,对不同类型桥桩的受力和变形情况进行对比分析。研究结果表明:随着桥桩距基坑平面距离的减小,桥桩自身的桩身弯矩和位移将会增大;在上软下硬地层进行基坑开挖时,桩身位移在上部软土区变化较大;随着开挖深度的不断增大,桥桩的受拉范围逐渐增大;在软土区进行开挖时,桥桩的弯矩和位移变化量明显大于在岩层中开挖;作用在桩顶的上部荷载对桥桩变形和受力有不利影响;前桩和后桩由于受承台的约束作用,桩顶位移基本一致;前桩桩身位移呈挠曲式分布,后桩呈悬臂式分布;由于下部岩层的强约束作用,导致前桩弯矩最大值出现在岩土分界面,而后桩的内力分布主要受桩顶位移的影响。

云南省连拱隧道衬砌开裂和渗漏水调查结果及分析

为了对云南省4条高速公路连拱遂道的健康状态评估提供依据及为以后修建连拱隧道在设计和施工上提供宝贵经验及教训,提高中国高速公路连拱隧道的施工和设计水平,尽可能减少衬砌开裂和渗漏水等隧道病害,采用现场调查方法对云南省玉元、元磨、大保和昆石4条高速公路连拱隧道衬砌开裂、渗漏水等病害进行了较为全面的调查,初步分析了隧道病害产生的主要原因并进行了相应的分类,并据此提出了连拱隧道设计和施工中其相应的病害预防和整治措施,以期为提高中国连拱隧道修建水平提供参考和借鉴。

某高速公路隧道二次衬砌安全性分析

二次衬砌作为Ⅲ类以下围岩隧道的主要承载结构和最后一道防水防线,其结构安全对隧道工程质量起着至关重要的作用。首先根据公路隧道设计规范和普氏地压理论,对某高速公路隧道围岩压力进行计算,为现场二次衬砌压力实测值提供了可比较的参考标准。然后,根据二次衬砌压力实测值,应用同济曙光软件对最大实测压力断面二次衬砌结构内力进行数值计算,根据规范对二次衬砌轴力和剪力设计值进行计算,并基于数值计算结果对二次衬砌进行了结构强度校核。最后结合隧道设计、工程地质、施工及地质雷达探测情况,分析了该隧道加宽段及其附近二次衬砌压力明显偏大和产生细小裂缝的原因。

隧道建设对紧邻高架桥影响的三维数值分析

运用MSC.Marc三维有限元分析软件,模拟了隧道分区分层动态施工和运营期行车荷载对紧邻高架桥的影响,重点分析了扩大基础基底反力增量、基底中心沉降、扩大基础倾斜和基坑侧向位移的发展规律。数值研究结果表明,(1)隧道底面开挖标高高于扩大基础基底标高,导致隧道施工过程扩大基础基底卸载反弹;(2)作用在6号墩扩大基础上方一侧的规划道路行车荷载,导致该扩大基础倾斜,基底中心加载沉降;(3)隧道建设诱发扩大基础最大总倾斜为0.6‰;(4)隧道运营期行车荷载导致基底中心最大沉降为3.7 mm。分析该隧道工程地下水渗流模拟结果认为,该隧道建设不会危及该紧邻高架桥的安全。

非均质混凝土破坏过程的细观数值试验

结合细观单元的弹塑性各向异性损伤本构模型,建立了研究非均质混凝土破坏过程及其非线性力学行为的细观数值试验模型。该模型基于混凝土材料细观层次的结构特征,采用Weibull随机分布函数引入材料的非均匀性;同时,为反映加载边界条件如端部约束等的影响,采用Bathe提出的接触问题约束函数法处理不同物体之间的相互作用。运用该模型,对压缩和拉伸加载方式下混凝土的渐进性破坏过程进行了系统性的数值试验,其结果与他人的研究结果基本一致,从而验证了该模型的合理性。该模型为从细观层次研究复杂加载方式下混凝土的渐进破坏过程,进一步揭示混凝土的破坏机理及其非线性力学行为本质提供了一种新的数值试验手段。

偏压连拱隧道病害分析及治理措施

基于某高速公路偏压连拱隧道衬砌发生严重破坏和隧道上方发生较大规模的山体开裂等病害,采用地震CT手段对隧道周围的工程地质进行了探测;根据现场监测数据,分析了隧道支护结构的受力状态及其安全性;对复杂地质条件下两种典型的施工方案进行了动态施工的数值模拟,对比分析了不同施工方案对围岩稳定和衬砌受力的影响;探讨了衬砌发生严重破坏的原因,并提出了相应的治理措施。研究结果表明:连拱隧道内侧断裂带、上方松散层等不良地质条件和不合理的施工方案是导致隧道衬砌严重破坏和山体地表开裂的主要原因。研究结果为分析和治理偏压连拱隧道病害提供了依据。

高内压作用下叠合式衬砌结构承载机理原型试验研究

本文针对“外衬管片-自密实混凝土填充层(SCC)-内衬钢管”三层叠合式输水隧洞衬砌结构的承载性能及破坏机理,开展了结构在内外载联合作用下的原型试验。试验以分布式光纤感测技术作为主要测量手段,获得了加载过程中SCC层的裂缝扩展情况、接缝张开变形、螺栓应力与内衬钢管环向应变的发展历程。试验结果表明:在无内压工况下,结构整体呈弹性工作状态;在内压变化工况下,当内压低于0.6 MPa时,结构整体保持弹性,三层衬砌共同承担内压;当内压达到0.6 MPa时,SCC层开裂,内压快速向外衬管片转移,结构整体进入弹塑性阶段;随着内压继续增大,管片接缝螺栓在内压为0.965 MPa时屈服,外衬逐渐失去分担内压能力,结构体系进入破坏阶段,内水压力主要由内衬钢管承担。试验研究成果可为实际工程设计提供指导和参考。

某浅埋箱型地铁隧道病害成因分析及治理

研究目的:受侧方深基坑施工扰动影响,某浅埋明挖箱型地铁隧道出现了变形缝部位漏水漏砂、道床脱空与横向开裂、道床冒水涌砂等严重病害。本文通过研究该地铁隧道病害的事故概况,归纳整理主要的隧道病害及分布情况,分析探讨病害产生的原因,为其后的病害治理提供依据。研究结论:(1)隧道纵向不均匀沉降是导致漏水漏砂的主要原因,也是造成道床脱空、道床横向开裂及道床冒水涌砂的重要原因;(2)水位下降诱发隧道下方软弱土层的压缩是导致隧道过大沉降和不均匀沉降的主要原因;(3)隧道的浅埋敷设不利于抵抗侧方基坑施工扰动,基坑施工诱发的地层侧移与隧道结构的侧移不协调导致隧道上方地面裂开,加剧隧道渗漏;(4)针对性地提出了外部跟踪补偿注浆与道床注浆治理方案;(5)该研究成果可为类似箱型地铁隧道工程提供参考。

水位下降对地铁盾构隧道的影响分析

某基坑施工引起紧邻地铁隧道附近区域水位下降,导致隧道受力和变形状态发生改变,可能影响隧道防水和正常运营。为研究水位降对地铁隧道的影响,首先,运用三维流-固耦合数值方法,模拟了基坑施工过程的三维渗流场;其次,采用荷载-结构模式,分析了水位降对隧道结构受力和纵向变形的影响;最后,采用分层总和法,计算了水位降与隧道下方土层沉降量的关系。研究结果表明:该基坑工程施工引起的最大水位降不超过2 m,此水位降引起的隧道结构弯矩增量和盾构管片环缝接头张开增量均在其所对应总控制量的5%范围内。因此,理论上认为该基坑施工引起的水位降不会危及地铁隧道的正常运营。

有、无柱地铁地下车站地震响应对比分析

为了解有柱与无柱地铁地下车站结构地震响应特性的异同,采用ABAQUS软件对2种地铁车站结构进行了水平向的非线性地震响应数值模拟,对比分析了在3种地震波不同峰值加速度作用下2种结构的响应特性。结果表明:1)2种车站结构的地震响应规律基本相似,在强震作用下均会受到严重的损伤,除侧墙与顶底板的连接处外,有柱车站的中柱与无柱车站的底板均为抗震的薄弱点,应注重加强其抗震性能;2)顶底板间最大的相对水平位移与输入波峰值加速度近似呈线性增大关系,且与波的频谱特性密切相关;3)在地震作用过程中产生的单向累积残余变形沿侧墙高度的变化曲线呈波浪状,最终摆向与最大摆幅的摆向一致;4)2种车站结构的加速度时程曲线形状相似,且相对基岩输入波有明显的放大。

基坑工程不换撑方案施工可行性分析

采用同济曙光有限元分析软件,对某地铁站基坑工程进行了换撑和不换撑方案动态施工全过程数值模拟,重点分析了两种不同施工方案对基坑周边地表沉降、地下连续墙侧向位移、钢支撑轴力、地下连续墙和主体结构受力的影响,并与现场监测数据进行了对比。分析结果表明,该基坑工程采用不换撑方案进行施工,理论上可行。

桩锚深基坑诱发地铁盾构隧道病害的成因分析

研究目的:邻近地铁盾构隧道的桩锚支护深基坑开挖施工易诱发严重的隧道病害,包括管片破损掉块、开裂、接缝渗漏、道床边沟裂开等,危及地铁运营与结构安全。本文通过对实际工程案例中隧道周边施工历程、病害现状、监测数据进行分析,分别从桩锚支护下深基坑施工扰动影响特点与隧道结构变形特性两方面初步推断盾构隧道病害的成因,为相似工程提供借鉴。研究结论:(1)邻近桩锚支护深基坑的施工扰动下锚索锚固端会形成土层松动区,降低隧道侧方的地层约束能力,诱发隧道断面呈横椭圆变形的趋势,另外拱脚破坏导致上部荷载的增加也是导致隧道横椭圆变形的一个诱因;(2)隧道横椭圆形状的变形特性是造成拱腰处管片角部破损掉块、接缝渗漏与拱顶管片纵向开裂等病害的直接原因;(3)隧道结构安全计算分析表明,该盾构隧道周边地层因扰动影响已进入松散状态,管片环结构趋向横椭圆变形,且初步断定管片环中部分连接螺栓已进入屈服状态;(4)该研究成果可供类似桩锚深基坑工程参考。

围岩卸载损伤演化及应力场调整有限元分析

隧道、洞室等地下工程的修建过程 ,是洞室壁面附近围岩不断发生应力卸载的过程。在这一过程中围岩力学性质与加载过程中表现出的力学性质存在一定的差别。本文通过引入服从韦伯分布函数的细观岩石微元体 ,运用连续介质损伤力学理论 ,得出了可以反映岩石非均匀性的本构关系式 :然后运用岩石破裂与失稳过程RFPA分析系统 ,对隧道、洞室等地下工程由于洞室开挖引起的围岩卸载过程中 ,洞室孔壁附近围岩发生的损伤演化和应力场调整全过程进行了有限元分析 ,得到了洞室壁面附近围岩损伤演化和应力场调整过程图。

盾构隧道病害分析及上方架空轻质回填研究

研究目的:紧邻地铁盾构隧道的抗拔锚杆高压注浆易诱发严重的隧道病害,包括管片环错台、椭圆度超限、开裂、接缝及螺栓孔渗漏水等,影响地铁正常运营及结构安全。本文基于实际工程案例中基坑施工历程、隧道病害现状、监测数据,借助数值模拟手段,分析隧道上浮及病害成因,并提出一种隧道上方架空轻质回填的方案,为类似工程提供借鉴。研究结论:(1)基坑地下室大面积抗拔锚杆高压注浆是造成隧道发生上浮的主要原因,地下水位上升引起的隧道上方土层重度减小及强风化粉砂质泥岩的软化、膨胀,降低了隧道上方土层的抵抗作用;(2)隧道纵向不均匀上浮和注浆引起的隧道侧方压力增大,导致隧道发生环径向错台、椭圆度变形超限,过大的“竖鸭蛋”变形是隧道管片侧墙开裂、接缝及螺栓孔渗漏水的直接原因;(3)针对隧道开裂、渗漏水及椭圆度变形,提出相应的病害处理措施;(4)提出“架空结构+轻质EPS板”的回填方案、相应的施工工序及EPS板施工要点,实测结果表明该地铁保护方案将隧道沉降控制在9. 1 mm;(5)本研究成果可供类似盾构隧道上方堆载工程参考。

地下采场动态施工损伤演化的数值试验

采用莫尔-库仑准则作为岩体的剪切屈服条件、极限应变作为剪切损伤判据、最大拉应力作为拉伸损伤判据,建立了适合岩体的弹塑性各向异性损伤数值模型。运用该数值模型研究了施工过程不施作支护结构和施作支护结构情况下地下采场覆岩的动态损伤演化过程,并与不施作支护结构时岩体采用弹性模型的数值结果进行了对比。数值试验重现了施工过程地下采场覆岩的动态损伤演化过程,从而为进一步优化支护结构设计、施工以及预防和控制地下采场塌方等工程事故提供了一种新的数值试验手段。

基坑施工对盾构隧道变形影响的实测研究

利用广州地铁一号线黄沙—长寿路站区间隧道变形监测数据,从隧道各测点与隧道中心绝对位移、道床绝对位移、道床与隧道中心相对位移、各测点与隧道中心相对位移、隧道收敛以及隧道变形曲率半径出发,详细研究了地铁上盖物业建筑群基坑施工对区间隧道的变形影响,解析了诱发道床开裂和水沟翻浆冒泥病害的原因。研究结果表明:(1)上行线隧道已朝西北角基坑发生侧向移动,隧道处于不利的扭转受力状态,下行线隧道水平方向变形则呈现明显的腰鼓形态;(2)上、下行线隧道沉降主要集中在离车站北端0～70m区段,沉降曲线均呈现明显的勺子形状,且下行线隧道沉降量明显大于上行线;(3)道床最大沉降量在地铁正常运营控制范围内,但道床与隧道底部间存在一定程度的脱空,导致道床开裂和水沟翻浆冒泥;(4)隧道纵向沉降最小曲率半径为19500m,按等效轴向刚度模型计算,其对应的管片环环缝最大接头张开增量为0.33mm。

非均质混凝土细观数值模型及其在双边裂纹加载中的应用

基于混凝土细观层次的结构特征,通过Weibull随机分布函数引入材料的非均匀性,结合细观单元的弹塑性各向异性损伤模型,建立了非均质混凝土破坏过程的细观数值模型.然后运用所建立的细观数值模型,对双边裂纹非均质混凝土在双轴加载条件下的渐进破坏过程进行了数值试验,所得结果与Suaris的试验结果基本一致,从而验证了所建立的模型的合理性,为从细观层次研究混凝土的渐进破坏过程、揭示混凝土的破坏机理提供了一种新的数值试验手段.

堆载诱发盾构隧道病害及结构安全分析

研究目的:上方堆载是诱发超浅埋地铁盾构隧道过大沉降、过大椭圆度和隧道出现开裂等病害的重要外部因素。本文详细介绍了某盾构隧道在两次堆卸载过程中发生的沉降和出现的隧道病害现象,通过开展隧道病害现状调查,结合隧道沉降和椭圆度监测数据分析,应用三维精细模型分析盾构隧道结构受力及其损伤情况,初步讨论该盾构隧道的结构安全状态。研究结论:(1)盾构隧道沉降规律、椭圆度大小和隧道病害分布规律与隧道上方的两次堆载高度、分布范围以及堆载时间存在显著的相关性;(2)对应于浅覆土3.7 m部位堆土高达6 m的盾构隧道三维精细仿真分析结果表明,环向连接螺栓受力处于弹性阶段,纵向接缝张开量在预警值1 mm内,拱部和道床下方管片出现部分受拉裂缝,仿真结果与现场调查发现的隧道裂缝分布规律基本相吻合;(3)本研究成果可为类似工程控制隧道上方超载和判断盾构隧道结构安全提供参考,并可为后续即将进行的邻近深大基坑设计及施工控制提供基础资料。