地铁重叠隧道上覆地层变形的数值模拟

为探测城市地铁隧道施工期地层病害情况,文章选用瑞雷波勘探方法进行探测。探测过程中,通过避开环境噪声高峰期、加强检波器与硬地表耦合质量等方式来增大信噪比,并对探测数据进行模拟退火反演计算。该方法具有能减小初始模型影响、避免陷入局部最优解等优势。实践表明,瑞雷波法探测结果与低频探地雷达探测结果、钻孔取芯及实际现场施工日志等资料相对比,其异常位置吻合率较好。

软土地层近距离上穿既有隧道变形的数值模拟——针对上海市某地铁隧道近距离上穿运营中的地铁二号线，二者最小净间距为1．33m，通过三维数值模拟得到在新隧道推进过程中，地铁二号线和地表都表现为隆起，二号线最大隆起量为7．29mm，地表最大隆起量为16mm；地铁...

以天津地铁一号线工程为背景,通过现场实测得到了盾构推进过程中地表的变形规律和隧道周围土体的扰动规律。利用有限元程序abaqus的单元生死技术模拟盾构前进过程,并对工程盾构开挖过程进行了仿真模拟。结果表明计算值与实测值吻合良好。

第27卷增1岩石力学与工程学报vol.27supp.1 2008年6月chinesejournalofrockmechanicsandengineeringjune，2008 收稿日期：2007–06–14；修回日期：2007–07–19 基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(2006aa11z119) 作者简介：张成平(1975–)，男，1999年毕业于北方交通大学交通土建工程专业，现为博士研究生、讲师，主要从事隧道及地下工程方面的教学与 研究工作。e-mail：zcpmail@sina.com 浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层变形分析 张成平，张顶立，王梦恕，黄俊 (北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京100044) 摘要：重叠隧道施工必然发生相互影响，产生诸如地表沉降难于控

地铁施工诱发地层环境损伤的众多问题中,地层沉降的预测与控制是急待深入研究的重要课题。为此,研究开发出了地铁隧道沉降预测(stsp)系统;给出了随机介质理论预测隧道施工诱发地表横向和纵向变形的计算公式;基于最优化理论的共轭方向加速法,研究了地铁隧道施工引起地面沉降的peck法与随机介质法各自的多参数反分析方法;并将理论公式与反分析法编程实现;实例分析证明了理论方法与程序系统的科学性和可靠性.

根据施工过程动态规划最优化原理,以地表沉降作为目标函数,建立地铁隧道突变大断面施工过程的数学模型,寻找最优施工方法。以北京地铁五号线突变大断面为例进行研究,结果表明,数值模拟计算的地表沉降在可控范围之内,对施工起到了超前预报和预测作用。研究结果为控制地表沉降及围岩变形采用有效的施工措施提供了可靠的依据。

以无锡地铁某盾构隧道区间穿越既有铁路隧道为工程实例,基于ansys数值软件建立3维力学模型,从盾构隧道施工过程中的盾构推力、注浆压力、施工工况、相邻隧道间距4个方面对盾构隧道施工引起的既有铁路隧道的结构变形和受力规律进行了数值模拟,并分析了既有隧道变形的机理和影响因素。

以具有浅埋、偏压、近距离不对称重叠于下部既有小净距隧道等特征的雅山连拱隧道为工程背景,借助数值模拟手段,分析偏压近接重叠条件下连拱隧道正洞采用\"先深后浅\"及\"先浅后深\"两种开挖工序下的施工力学形态.通过比较两工序中连拱隧道围岩和既有小净距隧道衬砌的变形情况、中隔墙变位和受力情况,可知两开挖工序中,连拱隧道围岩变形基本一致,竖向沉降和水平位移值分别以右侧深埋正洞拱顶和浅埋左侧正洞与中导洞相交处为最大,其值分别达到3.19mm和1.17mm;浅埋偏压条件下,中隔墙自浇筑成型即处于小偏心受压,但其初始倾斜变位因正洞的开挖而逐步得到拨正;连拱隧道岩体开挖将导致既有小净距隧道内侧拱肩-拱腰区域衬砌出现朝向开挖区的变形,且\"先深后浅\"工序较\"先浅后深\"工序偏大0.01~0.02mm.

为预测盾构双隧道施工周围土体的变形及衬砌结构管片应力规律,以石家庄地铁1号线07标段北宋—谈固站区间双线隧道为工程背景,在考虑各土层材料性质及盾构施工工艺的基础上,利用flac3d建立了盾构双隧道的三维精细数值模型,研究了盾构双隧道衬砌管片的应力规律,并与现场实际监测数据进行了对比分析.结果表明:盾构隧道开挖造成的地层沉降大致沿隧道轴线与水平线夹角45°向地表扩散.横向地表沉降的影响距离距隧道中心约为30m.随着隧道埋深增加,对应地表监测点位累计沉降值变小,与隧道埋深成反比对应关系.隧道附近土体的第一主应力存在应力集中现象,应力集中系数约为1.3.衬砌管片应力分布存在差异性,靠近双隧道共同扰动的管片侧的拉应力和剪切应力集中现象较为明显.衬砌管片横断面形变以“椭圆化”变形为主,兼有断面收缩变形.

以在建的深圳地铁5号线工程太安站～怡景路站暗挖法区间的重叠隧道为例,采用flac3d非线性大变形程序对重叠隧道暗挖法施工引起的地层三维变形规律进行了数值模拟研究,揭示地铁重叠隧道内力、地层变形的规律。

城市繁华地区地铁盾构隧道施工常需从建筑基础下穿越,如何确保上部建筑与隧道结构安全是施工中的难题。基于沉降预测理论及flac3d进行了地铁施工诱发地层环境损伤评估与控制设计stead系统的开发,以广州地铁区间隧道下穿某7层框架结构建筑为例,采用数值模拟研究了地铁盾构隧道穿越建筑基础诱发地层变形的空间效应问题,考虑了不同工况下隧道施工引起地层沉降对该建筑物的影响,采用本研究建议,盾构隧道成功穿越该建筑物,实测证实了变形空间效应研究的科学性与有效性。

进入21世纪,我国地铁建设步入了快速发展的阶段,各大城市地铁建设项目竞相开工。正确选择有效的地铁施工方法是地铁建设快速、安全、有效的有力保障。施工技术的不断发展提高,已初步形成专门的学科体系,极大地推动了地铁建设事业的快速发展。本文主要引用深圳地铁的案例进行分析浅埋暗挖法对地层变形的影响。

通过对大连地铁隧道复杂围岩地段围岩和支护系统的现场测试,得到了钢支撑、喷射混凝土等支护构件的受力和围岩位移收敛状况,建立相应的模型,进行了有限元数值分析,并对测试与计算结果进行了对比分析。研究结果表明:在复杂围岩地段,采用现场动态监控量测与有限元仿真模拟相结合的方法可为隧道衬砌设计和施工的安全可靠性提供科学依据和技术指导,可为类似工程研究提供参考。

以南京地铁1号线许府巷站—南京站区间隧道为背景,采用有限差分程序flac3d,对盾构在富水饱和粉细砂、粉砂夹细砂地层中掘进施工进行数值模拟,考虑了隧道开挖、地下水位、土仓压力、同步注浆等因素影响,并将计算结果与实测地表沉降数据进行了对比分析。

针对具体的工程和现场监测以及实测资料,用flac对沈阳地铁青怀区间段进行数值模拟及分析,得出了隧道位移变形、各种应力云图以及相关的等值线等重要工程信息,其结论可为工程施工提供依据,使工程建设更加安全、经济、合理地完成.

某双线盾构隧道近距离旁穿一幢12层高层建筑,为合理评估隧道施工对建筑物的影响,进行了考虑盾构动态施工及排桩加固的的远端(左线)、近端(右线)以及双线均开挖后隧道横断面及建筑物沉降的flac3d数值模拟分析,并对工程现场进行了沉降实测。数值模拟和实测结果表明:不采取加固措施,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为5.2mm,最大水平位移达25.8mm;基地土体出现拉剪破坏;数值模拟分析结果与现场实测结果较为一致;若采用排桩加固,建筑物基础靠近隧道侧的最大沉降为2.4mm,最大水平位移不足10mm,基地土体未出现拉剪破坏;排桩加固能有效降低围岩变形及地表沉降,有利于建筑物的保护。

饱和砂土地层中的地下结构在地震作用下可能因地基液化而发生破坏。采用动力固结两相体有限元程序dianaswandyne-ii对可液化地层中地铁隧道结构的地震响应进行了模拟,并与动力离心模型试验结果对比以验证其效果。选用广义塑性模型pastor-zienkiewicziii模拟可液化土的动力特性,基于biot方程的u–p形式建立有限元方程,进行饱和土动力固结的耦合计算。计算表明,该数值模型可较合理地模拟地下结构的地震反应特性,计算结果与试验现象基本相符。地基液化引起的结构附加内力及隧道上浮主要受地基液化时土水压力变化的影响,截断墙的设置可有效减轻隧道结构的上浮。

以重庆交通轨道环线冉家坝地铁车站为工程依托,采用现场监控量测方法研究了双侧壁导坑法开挖、侧洞法开挖及明挖法施工下的地层变形规律.结果表明:3种工法下明挖法引起的地表沉降变形最小,双侧壁导坑法开挖次之,侧洞法引起的沉降变形最大;2种暗挖施工下初次开挖扰动引起的地层变形最大,占总沉降量的50%以上.分析隧道拱顶变形发现,变形过程可分为左导洞开挖后的快速沉降阶段、左右导洞开挖及时支护后的过渡变形阶段和临时支撑拆除后稳定变形阶段,且2种暗挖工法下的拱顶变形曲线均可由指数函数拟合.

从施工力学的重度出发，本文根据深圳地铁一期工程国贸－老街－大剧院两区间的地质资料及设计文件对所出现的重叠双洞隧道及单洞双层隧道两种方案，利用三维非线性有限元对施工期的地表沉降及洞周变位进行了模拟。其结论对设计及施工工具有指导及参考价值。

结合某地铁深基坑工程实际,采用flac3d数值模拟软件建立基坑开挖三维数值模型,考虑基坑的实际开挖工序,对深基坑工程在开挖过程中的变形特征进行了数值模拟计算,得到了不同工况时基坑变形场,根据变形场结果分析得出了基坑各位置变形特征及最大水平、沉降变形量。

以南宁地铁白沙大道站深基坑工程施工为背景,简要介绍该工程的工程结构、工程环境及水文地质条件,详细分析地表沉降和桩体水平位移的机理及变化规律.同时,利用flac3d进行数值建模分析,将模型计算所得结果与现场监测数据进行对比分析,总结出地表及桩体水平位移变形的相关规律,为地铁车站基坑的设计及施工提供合理的依据.

以天津某邻近地铁隧道深基坑工程为背景,采用三维有限元软件建立数值分析模型,动态模拟了基坑施工的全过程,分析了基坑围护结构变形和邻近地铁隧道的位移特点,并对设计方案进行了优化比选,在经济的基础上满足了隧道变形及位移控制要求。