崇文门站施工允许地表沉降及三维有限元模拟分析

建设中的北京地铁五号线崇文门站下穿既有地铁一号线区间隧道,为保证既有地下铁道正常运营和地下结构的安全,需严格控制新建车站施工引起的地层位移。结合新建车站暗挖施工及既有线地铁的实际情况,分析和计算穿越既有隧道施工地表允许沉降值。为了控制地表沉降,确保施工安全,拟采用小刚度管棚或大刚度顶管作超前预支护,用3D-S igm a三维有限元软件进行施工效应的计算模拟,掌握大管棚和顶管预支护洞室的力学效应,预测车站施工引起既有隧道的沉降量。最后分析比较两种预支护的支护效果,为选择合理的预支护方案提供参考。     

交叉隧道施工中新建隧道周围复合地层与间距对既有隧道的沉降影响研究

沿海地区特别是广州地区地铁建设多在复合地层中进行盾构施工,开挖引起的地层沉降很难控制,如何防止大面积的地层沉降,保证既有建(构)物安全成为施工难题。基于此,本文提出了复合地层盾构施工的地质概化模型,运用三维有限元方法对交叉隧道盾构施工进行了建模分析,研究了不同的复合地层类型及不同的覆土厚度与间距下,新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道沉降的影响。结果表明,新建隧道在近似均一土层中下穿施工引起的既有隧道沉降最大,上软下硬地层次之,长距离硬岩段最小,沉降随土层弹性模量的增加而减小; 同时,既有隧道沉降随覆土厚度的增加而增大; 随隧道间距的增大而减小,当间距小于2倍衬砌外径时,既有隧道沉降较大,存在损坏的危险。最后,提出了相应的沉降控制对策。     

小净距下穿铁路隧道爆破震动的响应研究

新建翠华山隧道与既有线小峪隧道垂直净间距仅为8m,复线隧道钻爆施工将影响既有隧道的结构安全。为保证既有线的安全运营,本文采用 ANSYS/LS-DYNA 软件建立了隧道的有限元模型,数值分析了下穿铁路隧道爆破施工时隧道间水平距离 L 为-6m～19m 时既有线的动力响应。结合既有线振动速度的实测数据,采用质点振速判据评估了下穿隧道爆破施工时既有线结构的安全性,保障了下穿隧道施工时既有隧道的运营安全。数值模拟结果分析表明：未出现新的自由面之前、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距 L 从19m 减小到10m 时,数值模拟所得峰值振速由10.5cm/s 增大到12.0cm/s;出现新的自由面之后、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距 L 从10m 变为5m 时,数值模拟所得峰值振速由12.0cm/s 减小到10.2cm/s,其后迅速衰减。因此,隧道爆破施工中可人为地创造自由面以降低爆破震动效应的危害。同时,既有线隧道迎爆面测点竖向振动速度较大,是爆破震动效应控制的薄弱部位,施工过程中应加强该部位的监控量测。     

小净距下穿铁路隧道爆破震动的响应研究

新建翠华山隧道与既有线小峪隧道垂直净间距仅为8m,复线隧道钻爆施工将影响既有隧道的结构安全。为保证既有线的安全运营,本文采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了隧道的有限元模型,数值分析了下穿铁路隧道爆破施工时隧道间水平距离L为-6m～19m时既有线的动力响应。结合既有线振动速度的实测数据,采用质点振速判据评估了下穿隧道爆破施工时既有线结构的安全性,保障了下穿隧道施工时既有隧道的运营安全。数值模拟结果分析表明:未出现新的自由面之前、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距L从19m减小到10m时,数值模拟所得峰值振速由10.5cm/s增大到12.0cm/s;出现新的自由面之后、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距L从10m变为5m时,数值模拟所得峰值振速由12.0cm/s减小到10.2cm/s,其后迅速衰减。因此,隧道爆破施工中可人为地创造自由面以降低爆破震动效应的危害。同时,既有线隧道迎爆面测点竖向振动速度较大,是爆破震动效应控制的薄弱部位,施工过程中应加强该部位的监控量测。     

交叉隧道塑性区分布规律、成因及支护探讨

在既有隧道区间上方近距离进行新车站的施工,是地下工程研究中难度较大的问题。本文运用数值模拟方法对北京市地铁五号线东单站上跨地铁一号线,采用浅埋暗挖法施工过程中隧道塑性区分布问题进行了研究,得出在杂填土、砂土、粘土互层条件下大跨度车站底板受既有线存在的影响其塑性区基本以车站轴线为对称轴的矩形分布、既有隧道区间塑性区不同部位的变化幅度,其中以两侧壁最大,并进行了锚杆支护模拟,保证了土体的稳定。     

隧道下穿既有结构物引起的地表沉降控制标准研究

解决好隧道下穿既有结构物引起的地表沉降问题,对城市地下交通和高速铁路的建设具有重要的意义。在调研国内大量隧道下穿开挖引起的地表沉降控制标准和方法的基础上,根据隧道下穿公路、铁路、隧道和建筑物时引起的地表沉降的不同特点,结合隧道的施工、开挖面积、埋深和工程地质条件等因素,对隧道下穿不同的结构物提出不同的控制沉降措施和建议沉降标准。作者认为,目前的隧道下穿引起的地表最大沉降控制标准是不合理的,沉降控制标准应综合考虑既有结构物的特点、地质条件和施工特点等因素。     

下穿运营地铁隧道冻结施工的应力位移场及其控制技术

上海地铁4#线在上海体育馆站穿越地铁1#线，下行穿越段主要位于含水丰富的粘土地层中。为保证穿越施工的顺利进行，本次采用了人工地层水平冻结加固技术对地层进行了预加固，并实施暗挖施工。文章以该工程为背景，在进行地层冻结温度、应力、位移场耦合计算的基础上，借助车站结构加固、悬吊、托换等保护性措施，并在冻结过程中，利用卸压、控制冻结等方法，成功实现了车站的零距离立体换乘施工，希望对同类工程的施工有一定的借鉴意义。     

小净距隧道爆破振动危害的主动控制研究

为了研究小净距下复线隧道的施工爆破对既有隧道的影响并采取合理的主动控制,采用LS-DYNA动力有限元软件建立了不同净间距时新建隧道和既有隧道的数值模型。将测点峰值振速作为判据,得到了小净距下新建隧道爆破施工时既有隧道的振速测点布置方案及相应的爆破药量优选方案:既有隧道振速测点应布置在迎爆侧边墙距地面1.2m处;随两隧道净间距L的不断减小,应分别在L为9m、8m、7m时合理降低爆破装药量,相应的爆破炸药量建议值分别为48kg、30kg、24kg。数值试验和实测数据对比分析结果表明:在两隧道净间距L从11.9m逐渐减小为6.6m的过程中,既有线实测质点峰值振速与数值分析结果的变化趋势基本一致;合理有效地控制爆破药量,是降低既有隧道爆破振动响应、保证其安全运营的关键。研究所得结论可用于指导小净距条件下新建隧道的爆破施工,实现爆破振动效应危害的主动控制。     

软弱破碎围岩双连拱隧道安全施工与监测

针对软弱破碎Ⅱ类围岩双连拱隧道采用三导洞施工方法的特点,阐述了其安全施工技术要点,实际施工中,就其监测内容及监测结果进行了实时分析,为隧道安全施工提供了依据,长期监控量测结果表明,该隧道结构是安全的,达到了围岩与支护结构体系安全与稳定的要求,所采用的安全施工措施以及信息化施工方法对类似工程具有指导和借鉴意义.     

地铁隧道工程的应力监测

本文利用应变电测法，对天津地铁隧道工程进行现场应力监测。为保证施工安全和优化工程设计，提供了可靠测试数据。     

上海地铁隧道建设中工程地质条件及主要地质问题研究

随着上海地铁隧道建设大规模的展开,建设中面临的工程地质问题日趋凸现。本文结合上海市特有的地质条件,分析了与地铁隧道建设相关的工程地质条件,包括工程地质结构特征及浅部含水层地下水位特征。在此基础上,对地铁车站基坑开挖以及区间隧道施工可能面临的工程地质问题进行了分析研究,绘制了市中心地区工程地质问题严重性程度分区图,可为工程设计、施工提供从参考依据。     

基于块体单元离散模型的地铁车站爆炸破岩与防护研究

地铁已成为大、中型城市主要交通工具,然而地铁车站一直是恐怖爆炸袭击的重点对象,直接影响地铁运营安全,增强地铁车站结构防护抗爆能力至关重要.本文采用理论分析、数值模拟相结合的研究方法,利用单元内连续、单元间非连续的计算方法,构建块体单元离散弹簧动力学模型,建立地铁车站三维计算模型,模拟地铁车站内部爆炸状况,研究爆炸波空间传播和耗散规律及对构筑物破坏作用;分析低能爆炸作用下车站支柱混凝土、钢管护层混凝土和泡沫钢板夹芯护层混凝土抗爆性能,根据不同防护结构衰减应力波和吸能性能,优化地铁车站构筑物防护结构型式,提高车站抗爆能力,具有重要的实际应用价值.     

张集线旧堡隧道工程地质条件和岩体结构特征研究

新建的张集铁路（张家口 集宁段）旧堡隧道是全线关键性控制工程,位于河北省万全县旧堡乡与尚义县土夭村之间,隧道穿越由晚太古代马市口组(Arm)麻粒岩和黑云母斜长片麻岩组成的一套高级变质岩建造,断裂构造极为发育,岩体破碎。原设计Ⅱ、Ⅲ级围岩洞段占隧道线路总长的71.8%,而已施工揭露的工程地质条件较差,全部变更为Ⅲ级加强及Ⅳ、Ⅴ级围岩,变更率高达80.3%。施工过程中多次发生挤压大变形、塌方、突涌水等施工地质灾害,共处理大塌方段8处小塌方21处计130m,处理大变形18段计550m。本文分析了DK30+520～910洞段地层岩性、地质构造、地应力、地下水等隧道围岩主要工程地质条件,从结构面和工程地质岩组的物理力学特性出发,研究了该洞段特殊的岩体结构,指出该隧道围岩岩体结构特征主要受与隧道轴线小角度相交的构造挤压破碎带及软硬交替产出的岩组控制,隧道围岩变形破坏受岩体结构控制作用明显,并总结了施工中可能遇到的几种岩体结构。该研究对类似工程地质条件地区隧道工程围岩分类、支护设计和施工有一定的借鉴意义。     

地下墙施工爆破对既有隧道的振动测试与分析

结合复兴东路越江隧道浦西引导段地下连续墙爆破施工工程,给出了爆破施工对既有隧道振动影响的监测方案,包括测点布置、测试方法、测振系统。基于爆破振动监测数据,分析了3次不同位置和药量爆破下各测点的振动波形、速度、加速度响应、主频及主频域,根据判别标准得出了隧道在爆破振动下接近安全值底线的结论,同时归纳出不同爆破振动下结构的响应频谱特性,研究结果可为类似工程提供参考。     

土-地铁车站及其上盖结构体系地震反应分析

为研究地震作用下地铁车站及其上盖结构体系的地震反应特征，本文以一典型的地铁车站及上盖结构体系为背景，采用ABAQUS软件建立土-地铁车站及其上盖结构体系的三维有限元模型，利用等效线性化方法考虑土的非线性，以不同类型的单向地震波和双向地震波（含水平向和竖向）作为输入，对土-地铁车站及其上盖结构体系进行了地震反应分析，比较了不同类型地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系地震反应的差异，探讨了竖向地震动效应和转换梁刚度的影响．本文的算例结果表明：与普通基岩波和El-centro反演波输入相比较，在长周期基岩地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系的内力响应和位移响应均最大．这一地铁车站及其上盖结构体系的薄弱部位位于地铁车站底层第2列、第3列柱的柱端和侧墙与底板连接处．竖向地震动对地铁车站及其上盖结构体系中柱的轴力响应值有较大影响．对于本文的动力计算工况，适当弱化转换梁刚度可降低上盖结构层间位移角的动力响应值．     

深基坑围护结构的变形规律及地震响应模拟分析

为实现深基坑围护结构在地震作用下的响应分析,以沈阳地铁10号线长青桥站深基坑为工程背景,应用数值模拟软件FLAC~(3D),对该深基坑工程开挖过程进行了数值模拟,并实施了现场监测,将两种结果进行了比对。本文选取该深基坑工程典型剖面,分析了其在三种不同地震波作用下围护结构的动力响应。结果发现:所得围护结构的水平位移和钢支撑轴力变化模拟结果与现场监测结果在数值上变化趋势基本一致。这表明本文模型建立、参数选取及计算方法总体上是合理的。本文还对计算模拟存在的一些差异给出了解释。该深基坑工程在开挖过程中和地震作用下围护结构的水平位移模拟结果均未超过设计报警值,从而验证了该深基坑工程设计的安全可靠性。本文结果可为沈阳地区地铁车站深基坑设计和施工提供参考。     

基于改进山本法的浅埋隧道支护结构受力特性研究

隧道支护结构计算时常假定为正圆形，但与工程实际存在差异。本研究结合谢家烋围岩压力计算理论，改进日本山本法支护结构计算模型，提出一种山岭浅埋隧道三心圆支护结构计算模型。应用于某红黏土隧道支护结构，将改进山本法计算结果与山本法、隧道设计规范电算结果和现场实测值比对。研究结果表明：改进山本法所得围岩压力和支护结构轴力结果与实测数据最接近，最大误差12.9%,且趋于安全；改进山本法所得弯矩结果显示拱脚处弯矩最大，与现场结构破坏形式相符；根据计算结果确定荷载集中部位，制定专项加固方案，保证隧道施工和运营安全。研究成果可为优化类圆形隧道断面理论提供参考，为隧道支护结构计算提供一种新方法。     

大跨度Y形柱地铁车站结构地震反应研究1）

随着地铁建设的发展,出现了一种新型的结构形式-大跨度Y形柱地铁车站结构,与现有的地铁车站结构完全不同,其空间高大宽敞,环境舒适.为研究该新型地铁车站结构的抗震性能,以北京地铁6号线新华大街站为工程背景,使用FLAC^3D软件建立土与地下结构三维有限差分动力模型,模拟其在新华大街人工波作用下的响应过程,重点分析了车站Y形柱和侧墙的加速度、位移、应变的规律,并与试验结果进行了对比分析,结果表明：数值模拟与振动台试验结果基本一致,体现出了相似的规律性;Y形柱加速度最大位置出现于柱顶端稍下位置,并非于柱顶端;Y形柱分叉位置处应变出现突变,此点相对于柱底的位移最大,且变化率较大,是抗震设计中需要加强的部位;Y形柱加速度、位移变化都会大于侧墙.上述研究成果对提高该类地铁车站结构抗震性能的认识及抗震设计水平提供了合理的参考与指导.     

基于破坏接近度的地铁隧道流固耦合稳定性分析

合肥地铁1号线盾构隧道下穿南淝河,施工中存在安全风险。运用FLAC3D进行了隧道盾构开挖过程的模拟,基于破坏接近度(FAI)对盾构隧道开挖过程中的岩土体稳定性进行分析。通过破坏接近度指标能够全面直观地评价隧道周围各区域岩土体的稳定性程度,定量给出损伤区和扰动区的范围。数值模拟结果表明:盾构开挖使隧道周边土体孔隙、水压力较初始值显著降低,导致了隧洞周边水力坡降增大,进而使地下水向隧洞拱顶及两侧流动,这些部位有发生涌水的可能;盾构开挖过程中,岩土体渗流场产生的渗流作用力对应力场分布产生较大的影响,在流固耦合条件下,隧洞周边岩土体FAI显著增大,部分区域已进入损伤区;在掌子面推进的过程中,当掌子面在分析断面前后2个开挖步数范围内时,断面的破坏接近度的分布变化明显,表明该范围内土体稳定状态受开挖扰动影响显著。研究盾构开挖过程中的破坏接近度分布及演化规律对施工中采取相应施工措施具有重要的指导意义。     

STS管幕结合洞桩法修建地铁车站数值模拟研究

沈阳地铁某车站采用STS(Steel Tube Slab)管幕结构结合洞桩法进行修建,它是国内首次用来修建超浅埋暗挖车站,国内研究较少,工程经验不足,给现场施工带来一系列技术难题。本文旨在获取指导现场施工的关键性参数,采用FLAC~(3D)建立三维有限差分模型,对STS管幕结构支护下的车站施工过程进行研究,分析导洞不同的开挖顺序、台阶长度、开挖步距等因素对地表沉降和开挖面稳定性的影响。研究表明:先开挖下导洞,相比于其他方案引起地表沉降和地层损失率均较小,分别为4.05mm和0.0179%,并满足现场施工条件;不同台阶长度对开挖面前方土体纵向位移影响不大,但采用台阶法可以有效地控制开挖面纵向位移;台阶开挖长度每增加D/3,开挖面纵向地表沉降增加0.4mm~0.5mm,距开挖面前方约1.5D洞径内为扰动较大区域;导洞开挖步距在1m~4m内每增加1m,对开挖面纵向位移影响甚微,但地表沉降约增加2.8%~6.07%。