基于理想点法的盾构隧道管片上浮致伤诊断

为定量化评估盾构隧道施工过程中管片上浮给隧道造成的损伤,作者提出将常见的损伤分为管片间变形、管片裂缝、管片表面剥落、沉降、渗漏水、断面整体变形、螺栓受到过大剪力以及管片受到过大水土压力等8大类。采用相关系数法选取15个底层指标,建立管片上浮致伤诊断指标体系。通过模糊变换对全部底层指标进行量纲一化处理,结合提出的融合赋权方法,构建管片上浮致伤诊断模型。最后,基于理想点法对中国湖南某盾构隧道管片上浮致伤情况进行诊断研究。结果表明,模型能有效评估管片上浮对隧道造成的损伤,诊断结果与工程实际情况及专家论证结果基本相符。     

空间裂缝病害下铁路隧道衬砌结构安全性研究

基于现场检测结果,针对隧道衬砌裂缝病害,借助ANSYS有限元分析软件,采用荷载－结构法建立含纵向裂缝的隧道计算模型,考虑拱顶和拱腰部位裂缝,分析不同长度、深度裂缝对衬砌结构安全性影响大小,并总结不同规模裂缝下衬砌结构安全性的变化规律。结果表明:裂缝对裂缝附近区域结构的安全性危害最大,拱顶裂缝对衬砌结构的危害程度要远大于拱腰裂缝,且裂缝深度对衬砌结构安全性影响较裂缝长度更为显著,最后在此基础上提出了空间裂缝下衬砌结构安全性评判标准,对不同规模裂缝危害进行等级划分,为隧道相应的病害整治提供了依据。     

区间盾构隧道联络道施工对隧道结构和周围地层安全性影响的研究

在建成的区间盾构隧道基础上,采用矿山法构筑联络通道是地铁工程施工的难点。由于盾构隧道联络通道的施工需要拆除区间隧道的部分管片,极易导致盾构管片发生过大的变形,使得隧道结构受损。笔者采用3DFLAC数值分析软件对区间盾构隧道之间的联络道施工进行了三维弹塑性仿真分析,分析了联络道施工对盾构隧道变形、盾构管片受力及联络通道地表沉降的影响,数值模拟得出的结论为制定施工辅助安全措施提供了依据。     

倾斜岩层大断面隧道塌方机制的数值模拟

塌方是隧道施工中出现的主要安全事故,研究隧道塌方产生的机制对于保证隧道施工安全具有重要意义。以穿越倾斜岩层段某隧道塌方事故为工程背景,基于围岩的工程力学特性,采用数值分析和现场监测方法研究隧道塌方的力学机制。结果表明:在开挖爆破振动荷载作用下,隧道断面拱部左侧节理岩层极易出现超挖,隧道左侧拱腰处的塑性区显著大于右侧,使左侧拱腰处内侧出现拉应力;左侧拱腰处围岩压力显著大于右侧,造成支护结构的受力不均,初支喷层极易开裂,随着松动区范围逐渐增大,围岩压力逐渐增大,隧道变形迅速增大,极易造成围岩失稳而导致隧道坍塌。     

在建车站下穿既有车站开挖过程仿真及监测对比分析

为研究在建车站基坑施工对既有车站的影响特性,以昆明市地铁4号线某车站下穿同站已运营地铁1号线为工程背景。采用ANSYS软件构建车站基坑数值分析模型,对车站基坑密贴下穿开挖过程进行模拟,分析既有车站结构变形规律,并基于实测数据对模型进行验证分析,绘出施工过程与车站结构位移变化对应特征曲线,同时利用模拟结果预测基坑施工过程中可能发生最大变形的位置,以此指导后续施工。结果表明:主体结构各项位移及轨道高差都满足规范要求;临近地铁隧道的深基坑开挖会引起隧道不同程度的位移,变形规律与开挖工况及距基坑远近密切相关;轨道几何部位最大水平位移-2 mm,轨道间距2 mm,变形所受影响较车站主体及道床影响大。     

基于修正莫尔库伦的基坑开挖对隧道安全影响研究

为分析基坑开挖对临近地铁隧道的影响,以某基坑工程为研究背景,结合修正-莫尔库伦本构关系,采用Midas GTS NX构建三维地层结构模型,通过仿真分析基坑开挖前后隧道水平、竖向位移的变化规律及特征点.结果表明:基坑开挖会导致地铁隧道结构产生水平收缩的趋势,隧道最大沉降和隆起点从远离基坑的外侧隧道向靠近基坑的内侧隧道转移...     

基于FLAC3D的盾构隧道施工过程建模影响因素分析

基于FLAC3D对盾构隧道施工过程模拟,研究建模影响因素及其影响程度。首先,综合隧道开挖过程中盾构机前体与岩土层间相互作用的影响因素来模拟隧道开挖过程,确定地表沉降和隧道垂直（Z）方向应力;然后,分别模拟去除其中一种因素后的隧道开挖过程,并求出相应的地表沉降和隧道垂向应力;最后,基于傅里叶变换对各种情况下的地表沉降量和应力应变状况进行比较分析,找出各因素对建模的影响程度,从而为利用FLAC3D进行盾构隧道施工模拟时的影响因子的选择提供参考。研究结果表明：一方面,建模过程中的各种因素对地表沉降的影响大于对隧道Z向压力影响;另一方面,盾构机推进给作业面土体压力、盾尾灌浆延迟于管片拼装造成的暂时对土体支护力不足、盾构机刀盘转动给作业面土体的扭力等因素对模型解算造成的影响最大。     

砂卵石地层桩锚支护结构稳定性实例研究

在城市中进行深基坑开挖,其稳定性至关重要。为研究砂卵石地层深基坑开挖过程中桩锚支护结构的稳定性问题,采用FLAC3D对其进行了三维模型计算分析,分析了不同开挖阶段桩锚支护体系的变形特性,以及基坑土体位移的变化情况,并与实测结果进行比较,研究了土体压力、桩体内力、锚索拉力与桩体水平位移的关系。结果表明：砂卵石地层在一定深度处存在＂自立拱＂效应,同时,可以对锚索进行有效的锚固,从而对桩体内力、变形起到有效的控制作用,保证基坑的稳定性。数值分析与实测结果相吻合,说明数值计算模型合理,结果可靠。     

地铁隧道开挖安全关键位置分析及预测研究

为明确隧道开挖时易于引发安全事故的关键位置并预测地层变形趋势,以保证隧道施工和周围构(建)筑物的安全,采用Ansys通用有限元软件对北京地铁7号线广双区间隧道开挖过程进行了数值模拟分析,并结合实际监测结果对隧道开挖过程中地层变形和应力重分布的变化规律和安全关键位置进行了总结;通过对随机介质理论方法的优化研究,推导出简单可行的优化计算公式。结果表明,隧道开挖中拱顶、拱腰和拱脚位置为变形较大和应力分布集中的关键安全位置,优化后的随机介质法计算公式用于地表沉降的安全预测分析是可靠的。     

基于微台阶法对连拱隧道稳定性的研究

为研究软弱围岩基于微台阶法连拱隧道合理的掌子面纵向间距、仰拱一次开挖长度和开挖进尺施工参数,确保隧道安全和高效施工,以云南省元蔓高速公路风口山隧道为研究对象,从力学机理上分析了施工参数对隧道稳定的影响,采用数值模拟方法,分析纵向间距对中隔墙水平位移和开挖面叠加效应的影响、仰拱一次开挖长度对拱腰水平位移和中隔墙受力的影响、开挖进尺对围岩变形特征和掌子面剪应力的影响,对连拱隧道微台阶法进行最优化设计。结果表明,掌子面纵向间距2D、仰拱一次开挖长度4 m、开挖进尺2m为宜,可为类似连拱隧道的施工提供指导。     

上软下硬地层深基坑结构变形监测及分析*

为探究在上软下硬地层中进行深基坑开挖时围护结构水平位移与内支撑轴力的变化规律,以广州地区某上软下硬地层盾构井深基坑开挖项目为依托,基于现场监测数据进行分析并运用MIDAS/GTS软件开展深基坑开挖全过程的有限元模拟。将围护结构水平位移模拟值与监测值进行对比,验证模型的准确性;改变围护结构嵌固深度、主体结构厚度等工况,研究上述因素对结构水平位移变化产生的影响。研究结果表明:实测围护结构最大水平位移值11.78 mm,位于长边0.7倍基坑深度附近,坑角处位移值最小;改变结构嵌固深度对坑深15 m以下围护结构位移值影响较大,本工程最佳嵌固深度为1.5~3 m;围护结构水平位移会随着结构主体厚度的增加而减小,但最大位移间差值逐渐减小,结构主体厚度设计值宜为0.8~1 m。     

基于SEM-MC的地铁车站深基坑施工危险性测度研究*

为提高地铁车站深基坑施工危险性测度的准确性,考虑多风险因素耦合作用和危险性测度主观性对传统风险评测结果的影响,提出基于结构方程（SEM）与蒙特卡洛模拟（MC）相结合的地铁车站深基坑施工危险性测度方法。首先,从基坑支护、基坑开挖、降水排水以及周边环境4个维度建立危险性测度指标体系,利用SEM确定指标权重,并确定关键因素;然后,根据指标的数据分布特征,利用MC法模拟出潜变量值并与风险损失程度、指标权重相结合得出危险度;最后,将该危险性测度方法运用于南昌地铁双港站。研究结果表明:该地铁车站深基坑风险等级为4级,基坑开挖为该地铁车站深基坑施工主要风险影响因素,其直接影响因素为开挖技术参数设置。项目实施结果表明该方法对地铁车站深基坑施工危险性评测适用可信。     

既有大型公共设施改造下紧邻深基坑开挖变形分析*

为探索深基坑开挖与紧邻大型公共设施改造的相互影响，确保施工安全，基于上海体育馆改造及新建地下体育综合体工程，采用有限元软件Plaxis对紧邻深基坑工程大型公共设施“卸载-加载”改造过程进行模拟，详细分析上海体育馆“卸载-加载”改造与紧邻综合体深基坑开挖同时进行对基坑本体及上海体育馆的安全影响，并在此基础上探讨紧邻深基坑工程大型公共设施改造最优工序。结果表明:在基坑开挖至第2道支撑时进行加载改造为最不利工况，且围护结构侧向位移将超过规范允许值，在施工中应严格避免；最优工序为完成第1道支撑后进行卸载改造，完成第2道支撑后进行加载改造。     

窄长类匝道基坑开挖变形监测数据统计分析*

为研究窄长类基坑开挖过程中基坑变形性状和基坑开挖对近邻的扰动,以上海市某匝道基坑开挖工程为案例,采用统计方法对该基坑围护结构、邻近地表、周边建筑变形监测数据进行分析。结果表明:相较于民建宽大类基坑,窄长类基坑开挖对于围护结构侧向位移、墙后地表沉降、邻近既有建筑倾斜大小的影响更小,而在围护结构最大侧向位移出现的位置上,二者差别不大;对于窄长类基坑,由于其窄边尺寸效应,窄边处所对应的围护结构变形以及地表沉降,相较于长边均呈现出较为明显的减小;在工程实例中,由于基坑宽度更窄,因此其空间效应更为明显。     

基于正交试验砂土地层基坑稳定性参数敏感性分析*

为提高砂土地层中基坑开挖工程参数设计的合理性,确保基坑开挖的稳定和安全,采用正交试验方法研究在砂土层中基坑深度、地下水位、围护结构插入比、土体加固系数、钢支撑数量和支挡强度共同作用下对支挡水平位移、地表沉降值和坑底隆起值等基坑稳定性指标的影响,通过对试验结果的分析确定各因素对指标影响大小的排序,由进一步方差和参数敏感性分析得出各因素对基坑稳定性作用大小的排序。结果表明:各因素对支挡水平位移、地表沉降值和坑底隆起值3个基坑稳定性指标的影响主次分别为:基坑深度>地下水位>支挡强度>钢支撑数量>土体加固系数>插入比;基坑深度>地下水位>支挡强度>土体加固系数>钢支撑数量>插入比;基坑深度>地下水位>插入比>支挡强度>土体加固系数>钢支撑数量;对基坑稳定性按作用程度由大至小排序为:基坑深度>地下水位>支挡强度>插入比>土体加固系数>钢支撑数量。     

基坑放坡开挖对下方既有地铁隧道影响计算及风险预测

为研究基坑放坡开挖对下方既有地铁隧道的影响以及预测隧道结构的风险,通过改进的计算方法得到放坡开挖基坑引起下方既有地铁隧道的竖向和横向附加荷载、位移、相对变形曲率共6个隧道结构安全的物理表现因子;将位移计算结果与前人理论计算结果、实测数据对比验证,并分析各土层物理力学参数对6个因子的敏感性;最后,基于正态分布概率模型对较敏感的土层物理力学参数随机取值,利用蒙特卡罗方法计算6个因子各级风险发生的概率和竖向、横向2类因子综合影响下隧道结构各级风险发生的总概率。研究结果表明:与原来仅限于矩形开挖基坑的计算方法相比,改进后的计算方法适用范围更广、实用性更强;在算例二分析中,隧道竖向位移和相对变形曲率超过控制值的概率分别为12%和68.7%,其余因子均为0,隧道竖向相对变形曲率是隧道结构处于不安全状态的最主要因子;若不采取预防措施,隧道结构将有高达73.27%的概率处于不安全状态,其中有68.7%的概率处于很不安全状态。     

基于ZSI岩溶溶洞对基坑开挖的影响

为了研究大连多岩溶区的复杂地质条件对基坑开挖的影响,运用有限差分软件FLAC3D对不同溶洞位置的基坑进行模拟,得到位移变化规律。同时利用单元安全状态评价指标ZSI(Zone State Index)对不同溶洞位置下基坑周围土体进行评价,针对影响较大区域溶洞提出合理的溶洞处理方案。研究结果表明:溶洞对基坑稳定性影响程度由大到小依次是被动区、过渡区、主动区。针对被动区溶洞采取开挖前注浆处理,通过对大连地区深基坑进行数值模拟确定的不同溶洞位置对基坑影响程度具有一定的指导意义,可为岩溶地区深基坑工程的设计与施工提供参考。     

大范围覆土严重卸载条件下的盾构隧道保护技术研究

为了研究大范围覆土严重卸载条件下盾构隧道保护技术的可行性及其应用效果,结合某盾构隧道上方大面积超深度基坑工程,采用有限元计算分析及监测数据验证2种方式,对基坑开挖导致盾构隧道上方覆土严重不足,采取的隧道结构保护技术实施效果进行分析和验证。研究结果表明:在隧道上方覆土严重不足、工程地质条件极差等条件下,采用桩板结构,综合隧道内配重、土层注浆加固、洞内注浆等保护技术,能有效控制盾构隧道结构在极小覆土工况下的上浮变形,可取得良好的保护效果,采用的保护技术安全可行,可作为类似工况下盾构隧道保护工作参照依据。     

地铁车站深基坑开挖变形及数值模拟分析*

为研究土岩复合地层地铁车站深基坑变形时空效应特征与规律，以南宁地铁某车站基坑为研究背景，在不同施工工况下对车站基坑进行有限元数值模拟，并结合实测数据进行对比。结果表明:数值计算值与现场实测值差距较小，2种变形规律接近一致，有限元计算结果合理。围护结构水平位移随施工进行逐渐增大，呈现鼓肚形状，水平位移由桩顶移动到桩身，最大位移稳定在桩身0.5~0.75H处；围护结构受力集中在第2道和第3道内支撑位置；基坑地表沉降中，长边方向的沉降比短边方向沉降明显，空间效应显著；在地铁车站深基坑中，基于时空效应机理，考虑施工影响，在施工过程中调整施工工序和参数，对基坑稳定和控制变形具有重要指导意义。