基坑开挖对邻近双舱综合管廊影响的三维数值分析

随着城市地下空间的开发利用,出现越来越多邻近地下综合管廊基坑开挖的工程案例,对管廊结构安全及防水性能产生重要影响。以厦门某邻近既有双舱综合管廊的基坑开挖项目为研究背景,采用PLAXIS 3D建立三维有限元分析模型,基于HS-small小应变土体本构模型,模拟基坑开挖过程对综合管廊的影响。研究结果表明,开挖后,邻近综合管廊沿轴线方向的变形受力模式可分为平移转动区、相对扭转区和位移约束区3个特征区域。基坑中部附近管廊发生朝向基坑的平移和绕轴转动,基坑边界附近管廊发生相对扭转,远离基坑区域管廊的位移受土体约束而相对静止。位于平移转动区和相对扭转区内的管廊截面发生朝向基坑的剪切变形,管廊顶板相对底板发生朝向基坑的水平相对移动;邻近基坑一侧市政舱顶板和远离基坑一侧侧墙下半部分发生较大挠曲变形。管廊与基坑间距对3个变形特征区域的分布没有显著影响,但管廊离基坑越近会使得管廊结构的变形程度越大。

重载铁路隧道基底结构动应力分析

以某重载隧道工程为背景,利用有限差分软件进行数值模拟,以人工激振函数模拟列车振动荷载,研究25t、27t、30t轴重列车荷载作用下隧道基底结构的动力响应。结果表明:随着列车轴重的增大,基底各部位的动压应力呈非线性增长,且增加幅度逐渐扩大;动压应力自道床层依次向下随深度的增加而不断减小,30t轴重作用下线路中心处动压力从道床上表面传至道床下表面衰减50.7%,传至仰拱上表面衰减54.1%,传至仰拱下表面衰减10.3%,在道床层和填充层内动应力衰减幅度较大,在仰拱结构内衰减幅度较小。

地下室基础预应力管桩施工对某既有隧道的影响研究

临近既有隧道进行挤土桩施工会对桩基周围的岩土体造成一定扰动,并对临近既有构筑物产生超净孔隙水压力和水平挤压力。以某建筑项目地下室基础预应力管桩临近既有隧道施工为例,利用小孔扩张理论计算出挤土桩的施工影响范围,通过分析计算影响范围及桩基与隧道的平面距离关系,发现该项目桩基施工对既有隧道的影响很小,提出将靠近既有隧道的两排预应力管桩改为非挤土桩等建议,从而使沉桩挤土效应的不良影响减到最小。

黄土塬区高铁隧道软塑基底袖阀管注浆技术加固特性研究

袖阀管注浆技术以其造价低、净空受限小、加固效果好等优点广泛应用于沿海、沿江软基处理工程中;然而,黄土塬区高铁隧道软塑基底加固机理及静、动荷载作用下力学响应特性研究仍相对较少。依托银西铁路黄土隧道软塑基底加固实际工程项目,建立袖阀管注浆加固黄土塬区高铁隧道软塑基底数值模型,通过针对黄土地区隧道现场结果的对比分析,验证本文所建立的数值模型的准确性与可靠性;续而,着重开展静、动荷载作用下未加固地基与加固后地基的力学响应特性,并对加固效果进行对比分析。研究结果表明,仰拱中心点在袖阀管注浆加固前/后沉降值分别约为100 mm和0.18 mm;袖阀管注浆后基底极限承载力提高了67%;动荷载作用下袖阀管注浆加固后土体振动明显减弱,且随着加载幅值、加载频率、加载时间的增大而增大。

盾构大跨度超百节穿越在建地下室施工技术

以苏州6号线中新大道东—港田路区间盾构隧道下穿公园地下室项目为例,针对项目重难点的分析,通过在设计前期对公园地下室结构进行优化、盾构施工推进过程中的施工技术措施、安全技术保障措施、应急措施以及对在整个施工过程中采集的监测数据进行分析,确保将盾构在大跨度超百节穿越在建地下室过程中造成的土体隆起及沉降对地下室结构的影响降至最低,以期为今后类似工程提供参考。

综合物探技术在隧道基底岩溶探测中的应用

岩溶塌陷是铁路建设中经常遇到的地质灾害,具有隐蔽性、突发性等特点,是隧道工程主要安全隐患之一。本文采用探地雷达和地震映像相结合的综合物探技术,对准格尔—朔州铁路六郎山隧道底部进行岩溶探测。首先应用探地雷达技术对整个隧道底部进行全面探测,初步识别隧道底部岩溶的分布范围、岩溶类型、岩溶发育程度等异常情况,再利用地震映像技术对异常区域进行验证,从而最终确定岩溶的分布。两种方法相互验证,减少了误判,效果良好。

考虑地基变形连续的基坑开挖诱发邻近盾构隧道位移预测

从工程实际出发,建立考虑基坑坑底及侧壁卸荷作用的基坑开挖引起的附加荷载计算模型;基于Mindlin解给出由基坑开挖所引起的邻近隧道处的竖向附加荷载;引入能考虑隧道任意埋深效应的修正基床反力系数,将既有隧道简化为搁置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,进而提出基坑开挖下邻近既有隧道响应的简化计算方法.所提方法能考虑隧道埋深效应以及地基剪切效应,与工程实际更为接近.通过与三维有限元以及2组已发表工程实测数据的对比,验证所提简化计算方法的合理性与适用性.针对地基弹性模量、地基剪切模量、隧道纵向等效抗弯刚度、隧道-基坑夹角、隧道埋深、隧道-基坑间距以及基坑几何形状等主要参数对隧道纵向位移的影响进行系统分析.结果表明:隧道与基坑平行工况下的隧道最大位移是垂直工况下的1.60倍;提高隧道纵向抗弯刚度可以有效减小隧道的最大位移,但这种"削弱作用"会随隧道-基坑间距的增大而减小;随着隧道埋深、隧道-基坑间距的增大,隧道最大位移呈非线性递减规律;基坑的"长开挖"会影响隧道的位移和隧道隆起范围,而"短开挖"则主要影响隧道的位移.研究成果可以为较为合理地预测既有盾构隧道在邻近基坑开挖下的响应规律提供理论支持.

基坑开挖对坑底已建隧道影响的三维数值分析

城市地下工程的快速发展,不可避免地要在地铁隧道附近进行施工活动,这其中就包括在已建隧道的上方进行基坑开挖。采用三维有限元方法,对软土地区基坑开挖对坑底已建隧道的影响进行分析,其中基坑为矩形,隧道轴线与基坑长边平行,通过变换隧道横截面的位置来研究开挖对坑底不同位置隧道的影响。数值分析的结果表明,处于坑底中心的隧道,其横截面在基坑开挖过程的最大直径改变发生在竖向与水平向,竖向伸长,水平向压缩。处于坑底靠近地连墙的隧道,其横截面在基坑开挖过程的变形与处于坑底中心的隧道相似,但绕垂直轴向坑内旋转了一定角度。对于同一条隧道,基坑的空间效应对隧道横截面的变形影响明显。

地铁隧道与人防地下室相互作用的地震反应分析

基于Abaqus软件64CPU显式并行计算集群平台,以南京地铁4号线鼓楼站附近的地下建筑结构为背景,建立了深软地基土-地铁隧道-人防地下室耦合的三维精细化非线性地震反应分析的有限元模型,数值模拟了其在近场汶川大地震清平波、远场大地震Mexico波和100 a超越概率3%的南京人工地震波作用下的地震反应。结果表明:"五心圆形"隧道拱肩及拱腰圆弧连接处附近的损伤值最大,塑性变形的产生导致结构相对位移曲线出现突变;人防地下室的顶底板、侧墙顶底部,尤其转弯处损伤程度最严重,其余部位则较为安全;人防地下室的相对位移曲线光滑,沿高度单调增加;相比隧道,虽然人防地下室局部区域的损伤值略大,但相对位移较小;人防地下室导致隧道的局部区域损伤值略有增大而相对位移大范围明显减小;隧道对人防地下室的影响无明显规律。

岩溶尺寸及位置对隧道基底加载沉降的影响研究

建立了岩溶隧道概化模型,运用FLAC3D有限差分软件对隧道基底在加载过程中,不同尺寸及位置的全充填性溶洞的影响进行了数值研究。结果表明:溶洞尺寸和位置的影响存在界限值,岩溶顶板安全厚度为0.4倍隧道直径,岩溶上边界影响范围为1倍隧道直径,岩溶下边界影响范围为3倍隧道直径,岩溶左右边界影响范围为2倍隧道直径;当岩溶超过上述影响范围时,隧道设计、施工可不考虑溶洞影响。

圆形基坑开挖引起下卧隧道三维变形机理研究

深基坑开挖引起的应力变化将不可避免地导致土体位移,进而对邻近隧道产生诸多的不利影响。然而,圆形基坑开挖引起下卧隧道三维变形机理的研究甚少。采用ABAQUS商业软件,开展系统的有限元仿真模拟研究了不同基坑开挖尺寸和隧道埋深比对下卧隧道三维变形机理的影响。研究表明:深基坑开挖引起的隧道横向弯曲应变最大值始终发生在隧道顶部,隧道上拱处的最大纵向弯曲应变是下拱处应变的2倍左右,隧道最大纵向弯曲应变明显小于最大横向弯曲应变。当基坑开挖直径达到7倍开挖深度时,基坑中心线下的隧道隆起和横向弯曲应变达到最大值。若忽视小直径基坑开挖的三维效应,隧道隆起和横向弯曲应变被大大高估。

铁路隧道基底脱空条件下的动力响应分析

列车荷载作用是诱发在役隧道基底病害的主要原因。为分析隧道基底脱空条件下对列车荷载的响应问题,以某铁路隧道工程Ⅲ级围岩正常断面为对象,通过现场在隧道铺底顶面埋设压力盒,对铺底混凝土层受力进行测试;在此基础上,通过数值计算,重点分析列车荷载作用下基底不同脱空长度下的基底中心线、轨道处与轨枕端头处的应力分布规律及铺底顶面振动特性。结果表明:在铺底顶面,动压力在轨道、轨枕端头处与基底中心线处分别为80,20 k Pa和60 kPa。经计算模拟,基底存在40 cm与80 cm宽脱空区时,在轨枕端头处、轨道处及中心线处应力规律基本一致,在脱空区处应力出现先减小再增加现象,且轨道处突变最大,脱空区侧壁处存在应力集中现象,脱空区影响深度范围约2 m。80 cm宽脱空区在数值上与40 cm宽脱空区相比,基底动应力、铺底顶面加速度与振动位移的最大增幅分别为50%、30%和3%。

高速铁路隧道基底软岩动力累积损伤特性

利用相似材料模拟高速铁路隧道基底软岩,采用荷载控制和非对称正弦波循环加载方式对软岩试件进行动三轴疲劳与损伤检测综合试验。通过试验结果分析,建立了软岩3参数多项式疲劳寿命计算模型和4参数多项式累积损伤参量计算模型,获得了软岩疲劳损伤特性,即:软岩疲劳破坏表现为端部拉-剪复合破坏和中部压-剪复合破坏两种模式;疲劳破坏全过程表现为初始微孔隙压密、裂纹发生与稳定扩展以及损伤裂纹加速发展3个发展阶段;软岩疲劳寿命主要取决于本身强度和动应力水平,强度愈高、动力应力水平愈低,其疲劳寿命就越长;当动应力水平相同时,软岩疲劳寿命与其弹性模量呈线性增长关系。

重载铁路隧道基底脱空条件下服役状态影响研究

隧道基底在重载列车动力荷载的长期循环作用下,将不可避免地出现累积损伤、疲劳破坏以及基底围岩脱空等现象。为了揭示重载铁路隧道基底脱空对仰拱结构的影响,采用数值模拟方法建立动载-隧道-围岩三维数值动力学模型,探明不同基底脱空状态下重载铁路隧道过车时基底结构的动力响应特征,并基于弯拉状态下的混凝土S-N曲线得到不同脱空状态下仰拱结构的疲劳寿命。研究结果表明:列车通过隧道时仰拱结构不同部位的各响应时程曲线呈现出波动起伏的峰谷交替现象,反映了重载列车车轮滚动通过的循环加载-卸载效应。基底脱空将使得过车时隧道仰拱的竖向沉降量以及最大主应力均有不同程度的增加,对隧道运营产生不利影响。基底结构受脱空宽度的影响较大,而受脱空深度的影响并不显著,在相同脱空深度下,仰拱的竖向沉降幅值随着脱空宽度的增加变化十分明显。基底脱空宽度对重载铁路隧道结构服役状态及运营寿命影响显著,为满足隧道运营的设计使用年限要求,V级围岩条件下隧道基底脱空宽度不能超过2 m,超限则必须及时进行整治,限制脱空的发展。同时在隧道建设过程中,若隧道基底围岩级别弱于IV级,应采取有效措施进行加固。

旋喷桩加固黄土隧道基底及仰拱数值模拟

应用MIDAS GTS NX软件数值模拟的方法,研究了旋喷桩群加固黄土隧道基底和仰拱效果,对有旋喷桩和无旋喷桩两种工况下,隧道基底、仰拱及拱顶变形量的差异,及旋喷桩地基加固段隧道仰拱不同施工阶段的内力和竖向变形进行分析,并与现场实测数据进行对比研究,发现采用旋喷桩加固隧道工况下时间t=22时仰拱最大隆起为5.62 cm,且沿深度方向围岩变形变化趋势平稳,变形均匀;而无旋喷桩隧道在开挖后时间t=16时仰拱最大隆起15.9 cm,且沿竖直方向围岩变形剧烈减小,变形不均匀,与现场实测结果相比变化趋势无明显变化。研究结果表明:施加旋喷桩能够提高隧道地基的承载能力和稳定性,减小地基变形量;隧底竖直旋喷桩可以改善隧道地基的土体工程力学性质,使其变形量在竖直方向随着深度的增加均匀减小,从而可以缓解隧道仰拱各部分的不均匀变形现象,防止了仰拱开裂破坏;旋喷桩受力情况与隧道围岩地应力的大小有关,高地应力区域隧道开挖后要释放的应变能越多,旋喷桩就要产生越大的轴向力来抵抗围岩的竖向变形。

论香港地下空间开发的规划、立法与发展经验

海滨城市香港山多平地少,土地是极为稀少的资源,但山岭地貌和坚硬晶质火成岩岩体很适合开发地下洞室和隧道。20世纪70年代、80年代起,就开始考虑发展地下空间,以满足都市发展的需求。为此,政府开始有计划地进行工程可行性研究,并进行相关的立法工作,为规范地下空间的开发,建立了一套完整的地下空间开发体系。结合工程实例,就香港地下空间开发的研究、规划、开发、管理和立法作简要介绍。

软土地基综合管廊基底沉降多因素影响分析

以湖南益阳市水网湖区综合管廊工程为例,结合益阳典型软土地质条件对基底沉降进行分析。基于现场资料,采用有限差分软件FLAC3D进行综合管廊及场地土体的数值模拟,将数值模拟所得的路基基底沉降值与现场实测值加以比较。在这一基础上,采用数值模拟方法分析在路堤荷载及车辆荷载作用下,综合管廊埋深、沟底碎石垫层及沟背回填土密实度这3个因素对路堤基底沉降的影响。分析结果表明:数值模拟与现场实测所得的埋深2m工况下路基基底沉降曲线吻合较好,证明该数值模型具有一定的合理性;路基基底沉降呈"W"形,且随着路堤填筑高度的增加,路基沉降更加显著。

狮子岭隧道病害成因分析与整治措施

基于准噶尔—东胜铁路狮子岭隧道基底隆起、衬砌开裂等病害,结合现场勘测数据分析了病害成因,建立有限元荷载-结构模型对基底结构安全性进行了检算分析。结果表明:基底混凝土板安全系数不满足设计要求,中心最大拉应力超过抗拉强度极限值,结构已经破坏。结合隧道现场实际情况,对基底隆起且已发生结构性破坏区段采用仰拱拆换方案,对尚未发生结构性破坏区段采取"锚注一体化"并施加预应力的加固方案,对裂缝扩展区段采用密封和钢板加固的综合整治方案。整治效果良好。

综合物探技术在隧道基底岩溶探测中的应用

目前,我国的铁路建设日新月异,遇到的地质问题也层出不穷。其中,岩溶塌陷是比较常见的地质灾害,其隐蔽性、突发性等特点突出,探测过程中一旦出现某些疏忽就会造成严重的后果。文章探讨了目前铁路隧道基底熔岩探测常用的几种物探技术,包括地质雷达技术和地震映像技术,并将两种技术结合,以某隧道工程为例进行实例验证。结果显示,物探技术的综合应用能够实现互相验证的效果,从而减少误判,确保探测的准确性,效果显著。

高速铁路隧道基底岩溶探测及处理

在可溶岩地区,高速铁路隧道基底下存在隐蔽溶洞时,容易发生基底下沉或不均匀沉降,威胁运营安全。采用物探、钻探等综合勘察手段,结合断面控制法探测隧道基底隐蔽岩溶,并采用向钻孔内压烟的方式探测基底隐蔽岩溶的连通性。隐蔽岩溶处理技术主要包括基底注浆加固、施作泄水洞、梁板跨越法等;当基底下岩溶弱发育、岩溶水不发育时,可采用注浆方式加固基底;当岩溶埋深较大且岩溶水发育时,可采用泄水洞处理隧道基底隐蔽岩溶;当岩溶埋深较浅且地下水发育时,可采用梁板跨越。