大连地铁暗挖隧道变形监测及参数智能反演

详细收集了大连地铁东港广场至港湾广场区间的资料,制定了合理的监测方案,通过对监测数据的处理,合理预测了围岩的变形趋势及特点,为二次衬砌的支护提供了合理时机。通过对量测结果的分析,确定了围岩的反演参数;对反演参数弹性模量E和水平侧压力系数K进行了水平划分,利用正交试验设计和均匀试验设计方法,以选取的断面为参考,利用FLAC3D数值模拟和BP神经网络相结合的方法,分别建立了神经网络的训练样本和检测样本,从而得到了大连地铁暗挖区间的两个围岩参数:弹性模量E和水平侧压力系数K;然后通过反演得到的围岩参数,利用FLAC3D对暗挖隧道进行正演分析,将变形结果与监测结果进行比较,均符合规范要求。     

地铁隧道基础变形分析与计算

地下空间开发引发了大量的补偿基础问题,同时也带来了新的岩土技术难题。对结构荷载已完全被开挖土重所替代的等补偿和超补偿基础而言,理论上基础将不会出现工后沉降,但大量实测数据表明,等补偿甚至超补偿基础往往在竣工后均出现沉降变形,南京地铁隧道基础便是典型实例。为此,探讨了深基础与浅基础间的异同点,并推导出考虑埋深的坑底土体应力计算方法;然后围绕基础的整个施工过程,详细分析了开挖卸荷和施工找平对基底变形的影响,发现找平过程中多挖了与隆起量体积相等的土体,而该缺失的土体将导致基础后期发生沉降变形。据此思路计算地铁隧道基础的变形量,并与工程实测数据进行对比,结果表明两者吻合较好,可为今后类似工程的分析提供参考。     

城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析

富水砂层条件下,盾构施工问题多、风险大、施工变形难控制。以南昌地铁某区间盾构隧道工程为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D建立了三维盾构施工力学模型,对富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟,并结合现场实测数据分析了盾构施工引起的地表沉降规律。结果表明:盾构施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降发生在隧道中心正上方,最终形成的沉降槽宽度约为6倍隧道外径;盾构施工引起的纵向地表沉降呈"S"形,盾构开挖面前方表现为隆起,开挖面后表现为沉降,在开挖面后一定距离逐渐趋于稳定;开挖面支护力对稳定开挖面土体及减小地表沉降有较大影响;盾构进洞与出洞施工中存在较大风险,应采取相应的工程措施以保证盾构施工安全进行。所得结论可供南昌地铁区间盾构隧道设计与施工参考。     

城市浅埋暗挖隧道施工诱发地面塌陷的预测模型

以城市浅埋暗挖隧道上覆地层为状态量,隧道埋深、开挖直径、地下水位、上覆地层厚度等为控制量,基于突变理论建立城市浅埋暗挖隧道塌方的突变模型,揭示浅埋暗挖隧道地面塌方与各个影响因素之间的关系(比如随着地下水位的升高,浅埋隧道发生塌方的几率会大大增加)。利用该模型可得到城市浅埋暗挖隧道发生坍塌时,上覆地层地面沉降的临界值。以此上覆地层地面沉降临界值为隧道是否发生塌方的判定依据,结合广东莞惠城际铁路城市浅埋暗挖隧道工程的现场情况以及FLAC3D数值模拟,得出该模型预测沉降临界值与现场实测数据以及数值模拟结果相吻合,验证了该模型的准确性和合理性。     

新建隧道上穿既有隧道引起的剪切错台变形研究

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道上穿对下方既有地铁盾构隧道的影响。考虑新建隧道上穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力、注浆附加压力以及土体损失在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量以及环间剪切力值,同时对相关参数采用控制变量的方式研究其对既有隧道的影响。研究结果表明:本文方法计算得到的既有盾构隧道竖向隆起值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定;两隧道的轴线交角越小,既有隧道的竖向位移值就越大;两隧道的净距减小时,既有隧道的隆起变形会更加明显。     

地铁荷载引起的盾构隧道及土层长期沉降研究

在软土地区,投入运营的地铁盾构隧道会因各种原因产生长期沉降,构成影响隧道结构和运营安全的关键问题,而地铁荷载被认为是影响隧道长期沉降的重要因素之一。基于此,以上海地铁一号线为例,采用有限差分软件FLAC3D建立土层-隧道-道床的三维模型,采用人工数定激励函数来模拟地铁列车荷载,通过编写FISH语言施加动载,在不考虑及考虑地下水影响两种工况下,分别进行动力计算及动力流-固耦合计算,最后结合经验拟合模型计算出长期沉降量,分析了列车荷载对隧道及周围软土长期沉降的影响规律。     

地铁运行引起的地面振动分析

随着城市地铁建设的快速发展，地铁列车运行引起的环境振动问题已引起社会各界的广泛关注。以软件ABAQUS为计算平台，建立了隧道一地基动力相互作用分析模型，给出了模拟地铁列车振动荷载的表达式。以南京地铁沿线典型场地条件为研究对象，采用修正Martin—Seed—Davidenkov动粘弹塑性本构模型描述土的动力特性，分析了地铁列车运行引起的地表振动特性，给出了地铁隧道断面几何形式、隧道埋深、两平行区间隧道间的净距和场地条件等因素对地表振动特性的影响规律，为地铁选线和地铁邻近建（构）筑物的减、隔振设计提供参考依据。     

上海软土地铁隧道沉降及横向收敛变形的原因分析及典型特征

软土地区盾构法隧道变形主要包括纵向不均匀沉降和横向收敛变形。当纵向沉降累计变形、不均匀变形坡度以及变形速率等达到一定程度,横向水平直径相对标准圆变化量超过一定数值,就会引起隧道结构受力的安全问题。上海地铁自1995年1号线开通后,针对地下线路每年2次沉降监测,高架区间每年1次沉降监测,自2011年全路网地下隧道每年1次横向收敛监测,积累了大量宝贵的实测数据。对上海地铁隧道近25年的变形数据进行分析,总结了隧道纵向不均匀沉降原因及典型特征。对四种隧道横向收敛变形的分析方法和结论进行对比,总结横向收敛变形的特征。可为类似软土地质条件的城市地铁隧道结构设计、施工及运营期维护保障提供参考,减小结构破坏风险,保障城市地铁运营安全。     

开采地下水引起地面变形的分析

本文模拟开采地下水引起的地面变形机制，建立了一个分析开采地下水引起的地面变形的有限元方法。这个方法可以考虑由于开采地下水引起的土自重的变化，土承受的渗透力的变化，以及承压含水层中水压力及渗透力的变化。在分析中还考虑了土的非均质性及力学非线性性能。分析了一个算例以说明这个分析方法的功能及其适用性。分析结果表明，开采地下水引起的沉降和径向变形对工程的影响是同样重要的，它们在数值上具有相同的数量级；而且，沉降主要是由土自重的变化引起的，径向变形主要是由渗透力的径向分量的变化引起的。此外，这个分析方法可以把开采地下水做为一个过程，分阶段地分析所引起的地面变形     

上海地铁隧道毒气防护能力分析

随着地铁交通系统建设的迅速发展,地铁及其运行的隧道如何加强地铁化学毒剂、毒物侦检、防护技术水平,提高突发毒气事件应急处置能力,也成为地铁运行和建设必须研究解决的关键问题.由于地铁的运输客流量大,乘坐人员复杂,加上地铁隧道空间狭窄、环境相对封闭等特点,一旦发生意外毒气泄露、恐怖分子爆炸、释放毒物或军用毒剂进行化学恐怖袭击,人员疏散和处置救援将会变得十分困难,地铁的通风气流和隧道活塞气流可使有毒化学污染物迅速弥散到整个地铁系统,容易导致群死群伤,造成严重的经济损失和恶劣的社会影响.     

南京地区地铁车站深基坑变形性状分析

收集了南京地区地铁车站深基坑实测数据,系统分析了南京地区不同工程地质条件下地铁车站深基坑变形特性。结果表明:①基坑围护结构最大侧移变化范围为(0.09%~0.24%)H-e,其中长江河漫滩区、秦淮河古河道区、阶地区的最大侧移δ_hm的平均值分别为0.13%H_e、 0.18%H_e、0.16%H_e;②基坑围护结构最大侧移点埋深位置H_m位于(H_e-8,H_e+4.5)之间;③基坑围护结构的插入比主要在0.2~1.0;基坑稳定数在0.15~0.32范围内;基坑围护系统的综合刚度介于40.2~1 452.9;④基坑地表沉降呈凹槽型分布形态。基坑周边最大地表沉降δ_vm变化范围为(0.023%~0.367%)H_e,最大地表沉降平均值约为0.167%H_e。阶地区的地表沉降值及范围小于河漫滩区、秦淮河古河道区的。δ_vm/〖WTBX〗δ_hm的变化范围为0.2~2.0。     

地铁盾构施工土体变形与临近结构失效机理研究

地铁施工可能诱发临近结构失效,这是城市轨道交通建设安全施工与灾害防控的重点之一。基于实际典型工程,对地铁盾构施工引起的土体变形与周边结构失效机理进行研究。研究结果表明:(1)地铁盾构施工过程中,周边土体会产生显著变形,各环施工引起的土体沉降最大值为10.26cm,施工中应引起重视。(2)地铁施工引起的土体变形是诱发周边结构失效的主要原因之一,衬砌产生的最大应力为10.90 MPa,小于C50混凝土抗压强度23.1MPa,管片强度具有一定的安全储备;(3)最不利工况下,箱涵最大应力为4.62 MPa,位于混凝土箱涵与砌体箱涵交接位置,可能诱发结构开裂;(4)左线开挖完成后,进行右线开挖时,箱涵最大应力位置向隧道右线移动,箱涵结构最大应力基本稳定;(5)本文数值模拟结果与工程监测数据误差在可接受范围,能为类似工程提供参考。     

地铁运行引起建筑物振动的三维有限元分析

随着城市轨道交通的迅猛发展,大量建筑设施不可避免地受到周边铁路或地铁列车振动的影响。基于并行计算集群平台,建立了车辆-轨道-高架桥-基础-地基-建筑物耦合的大型三维有限元分析模型,得到了不同工况下列车运行引起地表及临近建筑结构的振动特征。主要结论如下:不同高度的建筑物在同一楼层的振级相差极小;随着车速的提高,建筑物各楼层的振级均呈逐渐增大趋势;此外,各楼层的振级随建筑物距高架桥距离的增大而逐渐减小。一般高度的建筑物各楼层的振级基本沿高度单调增加,顶层振级最大,而高层建筑物却有明显的拐点,在中间某层出现最大振级。建筑物各层楼板的竖直向振动峰值速度远大于水平向振动峰值。     

水下浅埋暗挖小净距隧道安全贯通的力学行为与施工措施

长沙市浏阳河公路隧道是一座水下浅埋暗挖小净距隧道,从河两岸对头施工,四洞在河底两两先后贯通时,不仅要考虑四洞施工的相互影响,还要考虑水渗流的影响,施工风险高。结合数值模拟与现场实测,首先比较了4种贯通方案以选择最优方案,然后研究了关键部位在贯通过程中的力学性状并提出了相应的施工措施,最后分析了贯通效果与贯通后的延续影响。结果表明:应采用两贯通处纵向间隔23 m、先后单向施工到贯通处的贯通方案;贯通处岩柱的最大压应力出现在岩柱底部,贯通处岩柱呈现顶窄底宽的楔形状态有利于岩柱受力;在贯通时,不用施作临时支护,应快速将隧道上台阶贯通处岩柱从上至下一次性全挖掉后施作初衬;应关注河床沉降的变化;隧道贯通力学行为对于围岩应力场与渗流场的影响具有时间效应;隧道安全贯通而且贯通的效果较好。所得结论可为类似高风险水下隧道的安全贯通提供参考。     

盾构隧道施工对邻近建筑物差异沉降与扭曲变形影响分析∗

针对盾构隧道施工侧穿既有建筑物问题,结合南京地铁一号线北延段工程,以盾构隧道侧穿某浅基础建筑物为研究对象,通过对建筑物沉降实测数据进行分析,并利用Plaxis 3D 软件建立数值模型,研究了隧道距建筑物不同水平距离和盾构以不同角度穿越对建筑物差异沉降与扭曲变形特征的影响。结果表明：随着盾构开挖面逐渐接近建筑物,建筑物差异沉降及扭曲变形逐渐增大;差异沉降量在盾构机通过时达到最大值,之后趋于稳定,而扭曲变形峰值出现在盾构开挖面到达建筑物中点截面位置时,随后逐渐减小;当建筑物中心至隧道轴线的水平距离与隧道外径之比L/D=0.5~2 时,建筑物差异沉降量较大,在L/D=1.5 时达到峰值;当盾构穿越夹角从θ=0°增大至θ=90°时,建筑物最大差异沉降量不断增加,而最终扭曲变形值则先增大后减小,在θ=45°时扭曲变形达到峰值。研究结果可为盾构隧道侧穿浅基础建筑物时相关类似工程提供参考。     

上软下硬地层双线地铁隧道下穿既有城市道路地层变形规律研究

上软下硬地层地区进行隧道开挖时,常引起较大的地表沉降,危及地表构筑物。依托深圳地铁7号线安托山停车场出入线下穿深圳北环大道工程,采用现场监测研究方法,对该类地层双线隧道下穿既有道路引起的围岩及地层位移进行研究。研究结果表明:道路荷载对隧道围岩沉降有较大影响,当双线隧道间距较小时,全断面注浆对注浆段上方较浅地层位移影响较明显,对临近隧道较深处影响较明显,全断面注浆对地面沉降有较好的控制作用,但要注意控制隆起,该工程中全断面注浆对注浆加固圈以外8 m内影响较大,8~13 m范围影响较小。通过多种监测手段相结合,可以更好的保障施工安全。     

修正的Peck公式在长沙地铁隧道施工地表沉降预测中的应用

在目前众多预测地铁隧道开挖引起地表位移的经验方法中,Peck提出的高斯方程是最简便,也是应用最为广泛的方法。由于这一公式的提出是基于有限地区的实测资料,在应用前应先进行基于当地实测资料的验证工作。根据长沙市地铁开挖的实际观测数据,采用回归分析法引入两个修正系数,即地表最大沉降修正系数和沉降槽宽度修正系数,对Peck公式进行了修正,得出了适用于长沙地区的Peck公式。工程实践表明,修正的Peck公式对长沙地区隧道施工地表沉降预测具有工程指导意义。     

地铁列车运行引起的环境振动评价

随着城市地铁建设的快速发展,地铁运行引起的环境振动问题引起了社会的广泛关注。以软件ABAQUS为计算平台,给出了模拟地铁列车振动荷载的表达式;采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性本构模型描述土的动力特性;分析了地铁列车运行引起的地表振动特性;以地表振动加速度振级表征地表振动强度,对地表振动强度进行了分析和评价,为地铁线路选线和地铁沿线邻近建(构)筑物的减隔振设计提供一定的依据。     

侧向辐射注浆技术引起地表隆起变形分析

侧向辐射注浆技术是用于处治现役高速公路沉降变形的新技术,可在通车条件下对高速公路进行加固。在通车条件下对高速公路进行加固需要对施工效应进行分析,确保施工过程中高速公路通车安全。根据土体中的球孔扩张理论,将侧向辐射注浆假设为半无限体多球孔扩张模型,将几何条件复杂的侧向辐射注浆简化为多球孔几何模型,并引入有限边界球孔扩张理论,建立注浆压力和扩孔半径的关系,得到了土体注浆过程存在极限注浆压力,在极限注浆压力后存在软化效应的结果;确定注浆球孔扩张压力和隆起变形的关系,最终给出了同时考虑注浆压力和注浆量两个注浆施工控制指标的地表隆起位移计算方法。结合工程实测参数,计算并对比分析了不同注浆压力、不同注浆步距对地表隆起位移的影响,给出了侧向辐射注浆施工隆起位移的计算方法,能够对注浆设计和施工提供指导作用。     

地铁运行引起的地面振动实测及传播规律分析

对地铁线路某区间段的地面振动进行实测,采集不同测线和不同测点处的水平方向、竖直方向加速度,并转化为傅里叶幅值谱对其进行衰减规律分析。利用公式将加速度记录换算为振级和分频振级,参照相关的国家标准分析不同距离处的振级和频率成分。对比同一加速度记录中的两对开方向列车引起的地面振动,进一步分析振动衰减的规律。所得到的结果可供地面建筑的隔振减振及城市轨道的规划和设计参考。