建公路對(duì)既有紅山隧道結(jié)構(gòu)影響分析與加固

以平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)牛寨山雙洞八車道小凈距公路隧道為例,針對(duì)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖時(shí),雙洞八車道特大跨度隧道后行隧道斷面分部開挖爆破對(duì)圍巖及既有隧道的影響,采用ls-dyna建立雙隧道模型,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)速度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)影響因素和變化規(guī)律進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:(1)隨著爆心距圍巖監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離的增大,最大振速顯著衰減。(2)在后行隧道爆破對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)的影響因素中,爆源與既有隧道的距離影響最大,裝藥量其次；既有隧道迎爆側(cè)與背爆側(cè)的最大振速比值為12.5；腰部是底部的2.1倍；肩部是底部的1.9倍。(3)在雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工中,ⅰ分部由于距離既有隧道較近、周邊臨空面最少,對(duì)既有隧道的影響也最大,施工中可作為爆破引起既有隧道振動(dòng)的控制工況。

新建公路近距離上跨已有隧道時(shí),在施工過程中不可避免地將對(duì)下方隧道產(chǎn)生影響,因此正確評(píng)估新建公路施工期間對(duì)既有隧道的影響狀況和影響程度,掌握既有隧道的變形規(guī)律,才能保證既有線的安全運(yùn)營(yíng)。通過三維非線性有限元的模擬試驗(yàn)分析,探討研究擬建工業(yè)東路延伸段工程方案的二號(hào)橋?qū)ο路节M龍鐵路東南聯(lián)絡(luò)線?？铀淼赖挠绊?通過模擬挖方、施做樁基、橋面板施工等先后工況過程對(duì)既有隧道及其周圍土體位移,得到?？铀淼澜Y(jié)構(gòu)安全的影響評(píng)估,并為類似工程提供參考。模擬試驗(yàn)研究表明:隧道上方路基挖方施工、橋梁樁基、橋面板的施工對(duì)隧道的影響均在可控范圍內(nèi)。

宜賓新建金江路從宜珙線鐵路紅山隧道上方通過,公路距離鐵路隧道的最小凈距僅為10.761m。為確保公路施工和使用期間鐵路紅山隧道的正常運(yùn)營(yíng),對(duì)紅山隧道可能存在的影響給予合理的分析,并進(jìn)行了加固處理。

新建隧道與既有隧道間距較近時(shí),新建隧道的開挖導(dǎo)致圍巖應(yīng)力發(fā)生重分布,對(duì)既有隧道的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,為此針對(duì)包西鐵路通道新寶塔山隧道出口端,用有限元方法進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,并進(jìn)行施工監(jiān)控量測(cè),對(duì)計(jì)算結(jié)果和監(jiān)控量測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,結(jié)果表明:新建隧道開挖將引起圍巖應(yīng)力重分布,使既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)有所降低,其降低程度與兩隧道間距有關(guān),間距越小其影響程度越大。新建隧道的開挖對(duì)既有隧道臨近開挖一側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)影響最大。

文章根據(jù)重慶某機(jī)動(dòng)車4s店項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)臨近隧道結(jié)構(gòu)的影響；利用midas/gts建立三維數(shù)值分析模型；擬建項(xiàng)目的施工工況(樁基施做、上部結(jié)構(gòu)施做)對(duì)臨近隧道結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了分析；計(jì)算結(jié)果表明擬建項(xiàng)目的施工對(duì)臨近隧道結(jié)構(gòu)的影響很?。灰鸬淖畲笏脚c豎向位移分別為0.182mm和0.157mm；均小于《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(cjj/t202-2013)中的水平及豎向位移控制值10mm；

隨著城市的發(fā)展和建設(shè),各地區(qū)都開始大量建設(shè)地鐵.依據(jù)目前已經(jīng)投入使用的地鐵隧道來說,彈性沉降問題變得更加明顯,持續(xù)發(fā)生不均勻沉降,使得隧道接頭、結(jié)構(gòu)以及正常運(yùn)行都受到了一定的影響.如果形變過大,會(huì)影響軌道平整度,從而影響舒適度.所以,深入研究隧道結(jié)構(gòu)彈性沉降的機(jī)理、原因、措施等具有重大意義.盾構(gòu)施工擾動(dòng)對(duì)隧結(jié)構(gòu)具有多方面的影響因素.

為研究常見小型溶洞引起的隧道穩(wěn)定性問題,結(jié)合工程實(shí)例,應(yīng)用有限元方法,分析全斷面開挖時(shí),ⅱ類溶洞處于隧道不同位置對(duì)圍巖位移和隧道結(jié)構(gòu)受力的影響。結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析,總結(jié)圍巖位移和襯砌受力變化的規(guī)律和原因。模擬結(jié)果表明,隧底溶洞距離為1m時(shí),仰拱軸力增加21%,其余部分變化微弱;側(cè)壁溶洞距離為1m時(shí),邊墻軸力增加14.8%,其余部分變化微弱;隧頂溶洞距離為1m時(shí),拱頂軸力增加10%,其余部分變化微弱。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果表明,溶洞位置對(duì)于收斂值的影響,隧底溶洞>隧頂溶洞>側(cè)壁溶洞,溶洞位置對(duì)于沉降值的影響,側(cè)壁溶洞>隧頂溶洞>隧底溶洞。溶洞范圍較小(r2m)或相對(duì)距離較遠(yuǎn)(l5m)的情況下,襯砌安全系數(shù)滿足要求,可不予處治。

為了評(píng)價(jià)采空區(qū)沉陷對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道結(jié)構(gòu)的影響,通過對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道變形現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及原因分析,結(jié)合采動(dòng)評(píng)估模型,對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行研究。結(jié)果表明:隧道病害的主要原因是地表沉陷和水平位移,開采過程中會(huì)出現(xiàn)襯砌拉伸開裂、變形縫擠死、混凝土崩落、拱頂脫皮等危害性變形,應(yīng)做好監(jiān)測(cè)工作,設(shè)置變形縫；對(duì)部分二次初襯應(yīng)做配筋；對(duì)隧底部分冒落帶和導(dǎo)水裂縫帶圍巖進(jìn)行注漿加固,可有效減少對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響。

本文結(jié)合重慶兩江橋渝中連接隧道近接軌道交通六號(hào)線小什字車站2號(hào)風(fēng)道豎井段(下稱\"2號(hào)風(fēng)道豎井\")的工程實(shí)例,研究分析了城市隧道對(duì)軌道交通的影響。結(jié)合施工步序,以2號(hào)風(fēng)道豎井為研究對(duì)象,通過midas/gts進(jìn)行三維數(shù)值模擬,分析2號(hào)風(fēng)道豎井附近圍巖應(yīng)力分布及豎井的變形,并對(duì)2號(hào)風(fēng)道豎井安全穩(wěn)定性做了研究。研究結(jié)果表明該工程的修建會(huì)對(duì)輕軌6號(hào)線的2號(hào)風(fēng)道豎井造成的擾動(dòng)可控,輕軌交通和2號(hào)風(fēng)道豎井均能保證安全,也可為類似非對(duì)稱異性隧道結(jié)構(gòu)的建設(shè)提供一定的依據(jù)。

本文結(jié)合重慶兩江橋渝中連接隧道近接軌道交通六號(hào)線小什字車站2號(hào)風(fēng)道豎井段(下稱\"2號(hào)風(fēng)道豎井\")的工程實(shí)例,研究分析了城市隧道對(duì)軌道交通的影響。結(jié)合施工步序,以2號(hào)風(fēng)道豎井為研究對(duì)象,通過midas/gts進(jìn)行三維數(shù)值模擬,分析2號(hào)風(fēng)道豎井附近圍巖應(yīng)力分布及豎井的變形,并對(duì)2號(hào)風(fēng)道豎井安全穩(wěn)定性做了研究。研究結(jié)果表明該工程的修建會(huì)對(duì)輕軌6號(hào)線的2號(hào)風(fēng)道豎井造成的擾動(dòng)可控,輕軌交通和2號(hào)風(fēng)道豎井均能保證安全,也可為類似非對(duì)稱異性隧道結(jié)構(gòu)的建設(shè)提供一定的依據(jù)。

天津黃河醫(yī)院三期項(xiàng)目,深度超過5m,緊鄰天津市地鐵二號(hào)線.基于該基坑的施工過程,使用有限元軟件midas/gts進(jìn)行數(shù)值模擬,評(píng)估該項(xiàng)目基坑工程對(duì)地鐵二號(hào)線區(qū)間結(jié)構(gòu)安全性的影響.結(jié)果表明,基坑周圍土體和地鐵隧道管片的位移隨著土體開挖過程而增大,而受樓面載荷的影響較小.此外,地鐵隧道管片的豎向位移主要受基坑降水影響,其軸力和彎矩在施工過程中保持穩(wěn)定,裂縫驗(yàn)算結(jié)果在允許范圍內(nèi).研究成果可以為該項(xiàng)目工程影響評(píng)估提供有效的參考依據(jù).

利用有限元軟件ansys建立三維有限元模型,對(duì)比隧道同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了所建模型的有效性。通過對(duì)隧道實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,總結(jié)了基坑疊加效應(yīng)的影響,認(rèn)為群基坑的疊加效應(yīng)是線性疊加在實(shí)際工程應(yīng)用中是偏于安全的。為控制基坑群施工對(duì)隧道的影響,可以在基坑群施工中采取合理分區(qū)分塊開挖、合理安排施工順序,采取信息化施工等一系列措施,確保施工和隧道安全。成果可為類似工程設(shè)計(jì)和施工提供有益的參考和借鑒。

隨著城市地鐵周邊建設(shè)工程項(xiàng)目越來越多,研究鄰近地鐵的基坑施工對(duì)地鐵隧道影響具有重要意義?；谔K州地鐵1號(hào)線某基坑工程,采用flac3d程序,分析研究在既有地鐵隧道周邊,基坑采用不同的隔水帷幕深度情況下,地下水滲流作用對(duì)地鐵隧道的影響。數(shù)值模擬中考慮在2種不同的隔水帷幕深度時(shí),基坑降水后隧道的位移場(chǎng)以及隧道管片應(yīng)力。研究結(jié)果表明:1)增長(zhǎng)隔水帷幕深度有利于控制隧道周圍孔隙水壓力降低,有利于減小隧道結(jié)構(gòu)變形。2)隨著隔水帷幕深度增加,減小了基坑降水引起隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力的降低。

隨著立體交通路網(wǎng)的發(fā)展,在機(jī)場(chǎng)跑道或停機(jī)坪下修建隧道的情況時(shí)有發(fā)生,這就需要研究飛機(jī)移動(dòng)荷載對(duì)下穿隧道結(jié)構(gòu)的影響,以確保其安全。文章依托北京市首都機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)工程,基于有限元法比選了節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載及面動(dòng)力荷載兩種簡(jiǎn)化飛機(jī)移動(dòng)荷載的響應(yīng)結(jié)果,結(jié)合計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)一步分析了飛機(jī)移動(dòng)荷載對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:兩種飛機(jī)簡(jiǎn)化荷載作用下,隧道的豎向位移變化規(guī)律相似,但節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載作用時(shí)隧道的豎向位移略大;飛機(jī)著陸點(diǎn)與隧道相對(duì)位置的變化對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的豎向位移變化規(guī)律影響不大;飛機(jī)位于隧道正上方三倍洞徑范圍內(nèi)跑道時(shí)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力影響是不容忽視的,不僅引起隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的豎向位移,還可導(dǎo)致圍巖壓力的顯著增大;而在飛機(jī)動(dòng)、靜荷載作用下,拱頂中心位置的圍巖壓力及豎向位移最大,需重點(diǎn)關(guān)注。

隨著立體交通路網(wǎng)的發(fā)展，在機(jī)場(chǎng)跑道或停機(jī)坪下修建隧道的情況時(shí)有發(fā)生，這就需要研究飛機(jī)移動(dòng)荷載對(duì)下穿隧道結(jié)構(gòu)的影響，以確保其安全。文章依托北京市首都機(jī)場(chǎng)捷運(yùn)工程，基于有限元法比選了節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載及面動(dòng)力荷載兩種簡(jiǎn)化飛機(jī)移動(dòng)荷載的響應(yīng)結(jié)果，結(jié)合計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析了飛機(jī)移動(dòng)荷載對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。結(jié)果表明：兩種飛機(jī)簡(jiǎn)化荷載作用下，隧道的豎向位移變化規(guī)律相似，但節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載作用時(shí)隧道的豎向位移略大；飛機(jī)著陸點(diǎn)與隧道相對(duì)位置的變化對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的豎向位移變化規(guī)律影響不大；飛機(jī)位于隧道正上方三倍洞徑范圍內(nèi)跑道時(shí)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力影響是不容忽視的，不僅引起隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的豎向位移，還可導(dǎo)致圍巖壓力的顯著增大；而在飛機(jī)動(dòng)、靜荷載作用下，拱頂中心位置的圍巖壓力及豎向位移最大，需重點(diǎn)關(guān)注。

通過建立三維有限元數(shù)值模型,分析了雙基坑開挖不同施工階段對(duì)已有隧道變形的影響.結(jié)果表明:雙基坑與鄰近隧道平行布置時(shí),隧道會(huì)發(fā)生較大變形,其水平最大位移比垂直布置時(shí)的大10％,且后開挖基坑造成的隧道位移較先開挖基坑變形大7％左右;雙基坑與隧道垂直布置時(shí),遠(yuǎn)隧道基坑開挖對(duì)隧道影響極小,隧道變形主要由近隧道基坑開挖決定.針對(duì)上述水平布置和垂直布置工況均發(fā)現(xiàn),隧道一側(cè)雙基坑開挖施工對(duì)隧道的水平位移影響較大,豎向位移約為水平位移的1/10.隧道本身在豎直方向變形為上下向中心擠壓,隧道在水平方向上有指向基坑的側(cè)移,同時(shí)隧道本身的變形為中心向兩側(cè)拉伸,且在開挖基坑中心位置對(duì)應(yīng)處隧道的位移與變形最為明顯.

城市化的快速發(fā)展促使城市建設(shè)中的地鐵隧道和基坑工程規(guī)模的不斷加大,針對(duì)城市建筑密集區(qū)域存在的基坑開挖對(duì)下方地鐵隧道產(chǎn)生的環(huán)境巖土問題,結(jié)合廣州地鐵珠江新城站區(qū)段,參照既有的計(jì)算分析的結(jié)果,歸納了防止基坑開挖時(shí)下方盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形過大的措施,可供類似工程參考。

利用有限元軟件ansys建立三維有限元模型,對(duì)比隧道同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了所建模型的有效性.通過對(duì)隧道實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,總結(jié)了基坑疊加效應(yīng)的影響,認(rèn)為群基坑的疊加效應(yīng)是線性疊加在實(shí)際工程應(yīng)用中是偏于安全的.為控制基坑群施工對(duì)隧道的影響,可以在基坑群施工中采取合理分區(qū)分塊開挖、合理安排施工順序,采取信息化施工等一系列措施,確保施工和隧道安全.成果可為類似工程設(shè)計(jì)和施工提供有益的參考和借鑒.

襯砌厚度不足缺陷的存在將顯著改變隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài),并對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的安全造成威脅.文章以ⅳ級(jí)圍巖雙車道公路隧道為工程背景,采用數(shù)值模擬研究襯砌整體或局部厚度不足條件下隧道結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài).結(jié)果表明:襯砌厚度不足使缺陷處結(jié)構(gòu)的軸力與彎矩減小,同時(shí)降低了結(jié)構(gòu)的極限承載力,從而導(dǎo)致缺陷處隧道結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)顯著降低;襯砌局部厚度不足對(duì)缺陷處隧道結(jié)構(gòu)截面內(nèi)力、承載力和安全系數(shù)具有顯著影響,而對(duì)遠(yuǎn)離缺陷處隧道結(jié)構(gòu)截面的影響相對(duì)較小;襯砌厚度整體或局部厚度不足時(shí),襯砌厚度值與結(jié)構(gòu)安全系數(shù)基本呈線性關(guān)系,經(jīng)回歸分析確定了滿足結(jié)構(gòu)安全要求的臨界襯砌厚度值.研究成果可為存在襯砌厚度不足缺陷隧道的結(jié)構(gòu)安全性分析及評(píng)價(jià)提供參考.

結(jié)合廈門東通道(翔安)海底隧道陸域段對(duì)crd1、crd3部超前和crd1、crd2部超前兩種施工工序的結(jié)構(gòu)內(nèi)力,采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬手段進(jìn)行了對(duì)比分析,兩種方法所得結(jié)果吻合良好。研究表明,在兩種施工工序條件下,隨施工部的開挖,結(jié)構(gòu)內(nèi)力呈增大趨勢(shì),但仍滿足施工安全要求,且crd1、crd3部超前時(shí)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力略小于crd1、crd2部超前時(shí)的結(jié)果,為隧道的信息化施工提供了依據(jù)。

軟土的蠕變特性會(huì)削弱土拱效應(yīng),導(dǎo)致作用在隧道結(jié)構(gòu)的土壓荷載及隧道變形隨時(shí)間發(fā)生變化.文章考慮軟土的粘滯性,選取時(shí)間硬化法則與druker-prager屈服準(zhǔn)則耦合的蠕變模型,結(jié)合上海地區(qū)軟粘土的室內(nèi)三軸流變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù),采用數(shù)值分析軟件abaqus建立有限元模型,分析軟土蠕變特性對(duì)隧道-地層接觸壓力的影響以及隧道的變形與內(nèi)力等隨時(shí)間的變化規(guī)律,并進(jìn)一步探討軟土蠕變對(duì)土拱效應(yīng)以及隧道長(zhǎng)期受力性能的影響,研究結(jié)果對(duì)軟土隧道設(shè)計(jì)中長(zhǎng)期荷載的合理取值具有重要意義.

針對(duì)襯砌拱頂、左拱腰和右拱腰脫空組合工況,基于荷載-結(jié)構(gòu)法平面計(jì)算分析模型,通過設(shè)置不同的脫空范圍,分析襯砌脫空對(duì)在役隧道結(jié)構(gòu)安全性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:隧道襯砌各脫空位置相互之間的影響很小,對(duì)隧道整體的安全性影響不大;而脫空范圍主要改變了隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力和變形狀態(tài),對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的安全性影響極大,特別是當(dāng)脫空范圍大于20°時(shí),在圍巖荷載作用下,襯砌結(jié)構(gòu)將很快出現(xiàn)開裂、剝落等嚴(yán)重病害,直至完全喪失承載能力或退出正常使用狀態(tài)。最后,針對(duì)不同缺陷情況,提出了相應(yīng)的處治措施。