隧道开挖纵向变形相关性研究
高速铁路隧道围岩纵向变形曲线研究
高速铁路隧道围岩纵向变形曲线研究
陈虎;粟威
【期刊名称】《北京交通大学学报》
【年(卷),期】2016(040)002
【摘要】隧道开挖过程中开挖面具有空间约束效应,纵向变形曲线(LDP)是这一空间效应的直观反映.目前,采用数值拟合方法进行LDP的研究主要集中于拟合形式、影响因素等方面,且大多是基于圆形隧道展开,并未考虑断面形式造成的影响.为此,本文总结具有代表性的纵向变形曲线公式,对其适用范围及特点进行比较,研究V&D 公式在高速铁路隧道下的适用性.结果表明:利用高铁隧道断面进行数值计算时,隧道半径建议采用等效半径;最大塑性区半径建议统一采用拱顶位置塑性区半径;采用与圆形隧道下相同形式的公式可以取得良好的拟合效果,具体表现为隧道前方LDP公式一致,掌子面处变形释放系数公式和隧道后方LDP公式拟合参数不同但差别不大.【总页数】5页(P102-106)
【作者】陈虎;粟威
【作者单位】南京地铁集团有限责任公司,南京210024;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
【正文语种】中文
【中图分类】U45
【相关文献】
1.高速铁路桥隧过渡段钢轨温度和纵向变形试验 [J], 曾志平;罗俊;魏炜;宋善义
2.高速铁路隧道围岩与支护结构相互作用研究 [J], 肖前军;徐连民;常强
3.高速铁路隧道围岩力学参数反演研究 [J], 王浩;畅翔宇;张一鸣;梁瑞军;王飞球;陶雷;李照众
4.基于B样条曲线拟合的苏州地铁盾构隧道纵向变形控制参数研究 [J], 虞伟家
5.反井施工下竖井纵向变形曲线的研究 [J], 陈航;侯义辉;王薇;张燕飞
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隧道施工中,盾构法施工隧道的纵向受力分析
隧道施工中，盾构法施工隧道的纵向受力分析一、纵向变形分析纵向变形的原因大致有两种：1、由于外部荷载不均匀或地层不均匀引起的纵向：这种情况发生在高架道路荷载纵向荷载突变，或隧道所穿越的土层物理性能变化很大，如越江隧道的江、岸结合处;隧道站间下某些区段存在软弱下卧层等。
2、由于大桥线型刚度不匹配产生的纵向变形：在地震等偶然荷载作用下，教育工作井与隧道连接处，很容易发生不均匀沉降移位甚至断裂。
二、计算模型盾构法隧道模型化数十种的方法有很多种。
例如，将管片环和管片环接缝，分别用梁单元(或壳单元)和弹簧单元来模拟建立三次方模型;将一个管片环作为一个梁单元，管片环结合面的接缝作为弹簧单元，然后各自或进行模型化，最后把模块这些单元相互连接组成骨架模型等。
这样的三次方模型和骨架模型，都是对隧道进行相当细小的模型化，然后就可以对一个一个管片环进行研究，理论上比较准确，而且是可以变化调整的。
但是，炸桥盾构隧道通常是由成千上万的管片环组成，这些模型的单元数过于庞大，不确定风险因素必然增多，所以在概念设计上用的较少。
本文采用的是实践中常用的等效连续化模型。
该模型炸桥是将管片环与接头并不一一模型社会化，而是用纵向变形特性相似模拟一些梁单元来的隧道全长或某一区段的一种模型。
在轴力、弯矩作用下梁模型的轴向与相同荷载作用下隧道的轴线变形一致，由三、纵向计算影响风险因素结构物沉降的因素比较复杂，从土力学开始发展起，显现出来过各种计算方法，丝尾无限弹性空间理论、半无限大弹性平面假说、土财务压力直线分布法、基床系数法等，地下隧道变形的计算理论公司目前多采用“基床系数法”。
以上海黄浦江某越江隧道方案为例进行计算。
隧道外径为11000mm，内径为9900mm，管片环的宽度为1200mm，混凝土(C50)的弹性模量为34500N/mm2，根据考虑横断面影响的刚度折减法，计算时对抗弯刚度(EI)作0.7的折减。
塑性弹性刚度比α取0.0005，沿环向一维有24个为M36、8.8级的螺栓，螺栓长826mm，直径36mm，弹性模量为206000N/mm2，屈服应力为640N/mm2，极限应力为800N/mm2.1、隧道上荷载发生突变的情况No.22002温竹茵等盾构法铁路桥的纵向受力分析SPSTSPECIALSTRUCTURESNo.22002从计算弯矩图中可以看出，在岸边与江中荷载突变处隧道弯矩较大，在隧道与工作相连处弯矩也比周边弯矩大。
某隧道拱顶纵向开裂及断面变形监测研究
立 了 隧 道 衬 砌 裂 缝 诊 断 模 型 [3],基 于 杂 交 有 限 元 一 离 散 元 法 FDEM针 对 隧 道 衬 砲 的 开 裂 过 程 进 行 数 值 分 析 [4]，这 些 研 究 都 为
揭 示 隧 道 的 开 裂 机 理 提 供 了 理 论 支 撑 ，针 对 隧 道 裂 缝 的 智 能 检 测 研究也应运而生，例 如 隧 道 衬 砌 裂 缝 自 动 监 测 系 统 等 [5’6]。 目前 针 对 隧道裂缝的修补，主 要 有 埋 管 注 浆 法 和 钢 拱 架 + 注浆锚杆 法 [7]，也 有 学 者 提 出 了 早 强 纤 维 编 织 网 增 强 混 凝 土 （TRC) 加固
害 ，其中比较典型的便是裂缝，对隧道的安全性构成了严 重 的 威
胁 ，造 成其开裂的主要原因有偏压、局部空洞和不均匀沉降等因
素 [1]，成为业界的研究热点之一，有学者为评判公路隧道衬砲结
构 裂 缝 的 稳 定 性 ，建 立 了 一 种 基 于 断 裂 力 学 的 公 路 隧 道 素 混 凝 土
衬 砌 裂 缝 稳 定 性 理 论 分 析 方 法 [2]，也 有 学 者 基 于 灰 色 突 变 理 论 建
摘 要 :隧 道 的 安 全 性 对 保 证 高 速 公 路 的 畅 通 运 行 至 关 重 要 ，针对某高速公路隧道拱顶纵向开裂,为了研究隧道拱顶开裂成因，对
其衬砌开裂情况进行检测和分析，指出开裂原因主要为衬砌材质不合理、构 造 不 满 足 设 计 要求和围岩偏压三个因素，采用注浆法
对 裂 缝 进 行 修 补 ，取 得 了 良 好 的 效 果 ，并 对 裂 缝 的 长 度 和 宽 度 进 行 监 测 ，建 立 了 隧 道 断 面 变 形 的 实 时 监 测 系 统 ，实 时 监 测 隧 道 的 拱
上海地铁盾构隧道纵向变形分析
上海地铁盾构隧道纵向变形分析第一篇：上海地铁盾构隧道纵向变形分析上海地铁盾构隧道纵向变形分析【摘要】隧道若发生纵向变形将严重影响到隧道结构的安全。
分析探讨了纵向变形的发生、变化情况以及隧道结构和防水体系所允许的纵向变形控制值。
结合工程实践,对隧道发生的典型沉降曲线规律进行了深入的分析,其结论对有效控制隧道纵向变形具有指导意义。
【关键词】隧道;通缝拼装;纵向变形;环缝;错台;防水;失效至2020年,上海将建成轨道交通运营线路达到20条、线路长度超过870 km以及540余座车站的网络规模。
这其中,以盾构隧道结构为主的地下线路几乎占到一半。
控制隧道纵向变形是确保隧道结构安全的重要因素之一。
在研究隧道纵向变形时,我们首先要关注这种变形是以何种方式发生、又是如何发展变化以及隧道变形控制值是多少等问题,本文对这些问题进行了分析探讨。
1、盾构隧道结构和构造设计盾构法隧道是由预制管片通过压紧装配连接而成的。
与采用其它施工方法建成的隧道相比,盾构隧道明显的特点就是存在大量的接缝。
1 km长的单圆地铁盾构隧道需要五~六千块管片拼装而成,接缝总长度约是隧道长度的20余倍。
因此,盾构隧道的多缝特点已成为隧道发生渗漏水最直接或潜在的因素之一(见图1)。
在盾构拼装结构中,接缝有通缝和错缝之分,现以单圆通缝盾构隧道为例进行隧道纵向变形分析。
1.1 盾构隧道结构与构造设计 1.1.1 管片厚度、分块及宽度单圆通缝隧道管片厚度350mm,管片为C55高强混凝土,抗渗等级为1 MPa。
一环隧道由6块管片拼装而成(一块封顶块F、两块邻接块L、两块标准块B和一块拱底块D),圆心角分别对应16°、4×65°和84°(见图2a)。
封顶块拼装方便,在拱底块上布置了两条对称的三角形纵肋。
整个道床位于拱底块内,底部没有纵缝,对底部环缝渗漏水有一定程度的抑制作用,可大大降低处理底部渗漏水的难度。
1.1.2 纵缝和环缝构造在管片环面中部设有较大的凸榫以承受施工过程中千斤顶的顶力,可有效防止环面压损,既利于装配施工,又易于整个环面凹凸榫槽的平整密贴,提高管片外周平整度;并可提高环间的抗剪能力,控制环与环之间的剪动,同时也可减少对盾尾密封装置的磨损。
基坑对称开挖引起下穿隧道竖向变形分析
基坑对称开挖引起下穿隧道竖向变形分析摘要】在我国城镇化进程不断发展和进步的当下，城镇人口数量呈现出持续、迅猛发展态势，人们对于基础设施的要求更高。
管道施工是市政工程施工当中最为常见的工程项目，直接决定了人们日常生活水平。
在开展管道施工时，基坑对称开挖作为基础施工项目内容，对整个管道施工工程起到了重要作用。
在实际进行基坑对称开挖工程是，不仅要严格按照施工要求，落实各项施工标准，而且还应该意识到基坑对称开挖对下穿隧道引起的形变问题，并有针对性的解决该问题。
本文将以“灵龙路东段市政道路建设工程”为例，分析基坑对称开挖对下穿隧道竖向变形的影响，并提出相应的解决措施。
【关键词】市政工程；基坑；下穿隧道社会不断发展促使着人们对于城市地下空间充分运动，为了满足社会发展的需求以及人们日渐提升的交通需求，地铁线路四通八达，最大程度上服务了广大群众。
地下空间环境日渐复杂，为管道施工工程增加了难度。
基坑对称开挖技术在我国基坑开挖工程当中应用较为成熟，在管道施工当中承扮演者重要角色。
基坑对称开挖技术最大的优势有施工便捷、高效，能够实现经济效益最大化，最大的缺点便是对施工周围的环境容易带来影响。
若基坑对称开挖工程与下穿隧道距离较近，那么则会直接会对下穿隧道隧带来多重影响，造成下穿隧道出现形变、受力缺陷等诸多问题。
为了保障下穿隧道的稳定性、强化基坑对称开挖施工质量，本文将针对基坑对称开挖引起下穿隧道竖向变形进行详细分析。
1、工程概况本工程为“灵龙路东段市政道路建设工程”，工程起点接已建江华路(已建设道路，宽度为30m，沥青路面），桩号为0+00，下穿成都大学后，止于明蜀路，桩号为9+27.524，全长927.524。
其中桩号2+25.064- 8+33.118，全长608.054米为隧道。
主要施工内容为灵龙路东段雨水管主管施工、支一路雨水管主管施工、污水主管管径施工、永久迁改污水干管施工、成都大学校区内永久雨水管施工。
灵龙路东段雨水经支一路雨水管道排入十陵河;灵龙路东段污水经支一路污水管道排入十陵河己建污水干管,最终排入西河污水处理厂。
盾构隧道纵向变形性态研究分析
文章编号：1001-831X（2002）03-0244-08盾构隧道纵向变形性态研究分析!黄宏伟，臧小龙（同济大学地下建筑与工程系，上海200092）摘要：随着城市地铁和市政工程建设的发展，由于软土隧道发生过量的不均匀纵向变形对隧道内力、变形及正常运营的影响日渐突出。
本文以盾构法隧道为基础，结合工程实例，对软土盾构隧道纵向变形和结构性态进行讨论，介绍了盾构隧道纵向变形的影响因素，重点分析了土性不均匀与荷载变化两大主要因素对隧道纵向变形的影响，最后给出了具有一定指导意义的结论。
关键词：盾构隧道；纵向变形；土性中图分类号：U451文献标识码：A!前言随着我国现代化建设的发展，城市化程度迅速提高，城市人口、环境日渐成为主要问题。
以地铁为主要干线的快速轨道运输系统（RTS），因其快速、准时、安全、运载能力大、对环境影响小的特点而成为世界许多大中城市发展公共交通的必然选择。
近几年来，我国许多大城市竞相发展各自的轨道运输系统。
北京、上海、广州等城市已有多条线路投入营运，南京、深圳、青岛等城市的地铁也正在建设中。
例如上海已建成一号线、二号线、明珠一期三条轨道交通线，并计划加速建成总长八百余公里的快速轨道运输系统，今后一段时期内，每年修建轨道交通达四十余公里。
我国沿海城市地铁线路通常需要穿越闹市区且地质情况大多为软弱土层，因此盾构法隧道已成为城市环境下地铁隧道的主要施工方法。
不仅如此，在各种越江公路隧道、城市污水处理系统等市政工程建设中，盾构法隧道的应用也非常广泛。
当前，国内外对盾构法隧道结构及修建盾构法隧道所引起的环境问题（主要是地层沉降引起的问题）的研究非常多，但基本上都集中在隧道横向衬砌环结构、隧道横断面沉降槽、地表纵向沉降曲线以及隧道对相邻构筑物的影响等方面。
而对于隧道结构纵向变形及纵向变形对隧道结构的影响等方面的研究却相对偏少。
近年随着地铁和市政工程建设的发展，由于隧道的纵向变形产生的问题逐渐突出，其对隧道结构、接头防水、隧道正常运营产生的影响已不能被忽视。
软土盾构法隧道长期纵向沉降变形研究
施１ 二 ，基坑开挖 引起 围护 的侧 向位移 和坑 内隆起使 坑外地层沉 降 ，导致 隧道也 随之沉 降 ，甚 至隧道 发 生挠 曲变形 。如果对 隧道上方进行卸载会 引起 隧道 结构 』 二 浮 ，如不采取有效措施会导致 隧道结构 开裂
发 生 渗 漏 ，甚 至造 成 结 构 破 坏 。 ２ ． ４ 车 辆 的震 动 荷载
第５ 期（ 总第 １ ６ ９ 期）
２ ０ １ ３年 １ ０月
中 圄 彳 ｚ 程
ＣＨＩ ＮＡ ＭＵＮ Ｉ Ｃ Ｉ Ｐ ＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥ ＥＲＩ ＮＧ
Ｎｏ ． ５（ Ｓｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ． １ ６ ９ ）
０ｃ ｔ ． ２ ０１ ３
Ｄ Ｏ］ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ４ － ４ ６ ５ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ３ １
系 、圆隧道 与竖井 的差异沉 降等进行 了分析 。研究 显示 ， 隧道 的长期纵 向变形 受隧道周 围水文地质 条件 、外部荷载 、
隧道 自身 的结 构特 点 、隧道 的渗漏水 状态 等条 件 的影响 ，总体上 需要较 长 时间才能 趋于稳 定 ，且 对周边 环境 变化
的反应 较为敏感 。 关 键 词 ：盾 构 隧 道 ： 纵 向沉降 ； 沉降 ： 渗漏
软土盾构法隧道长期纵 向沉降变形研究
王 莉
（ 上海黄 浦江越 江设施投 资建设发展 有 限公 司 ，上海 ２ ０ ０ ０ ２ ０）
摘 要 ：对影 响软土 盾构法 隧道 长期纵 向沉 降 的主要 因素进行 了研究 ，并 以已运营 近 ４ ０ ａ的上海 打浦路 隧道 圆隧道 纵 向沉 降变 形长 期观 测结果 ，对 该 隧道 的纵 向长期变 形形 态 、纵 向差异 变形 曲率 、隧道纵 向变形 与隧道 渗漏 的关
盾构隧道纵向变形性态研究分析
２ ０ 第 ３期 ０ ２年
黄宏伟 等 ： 构 隧道纵向变形性 态研究分析 盾
２５ ４
２ １ 施 工 期 间对 隧道 纵 向变形 的 影 响 ．
（） 壳对 周 围 土体 的摩 擦 和剪 切造 成 隧 道 周 ４盾
围土层 的扰 动 。 （ ） 构挤 压 推进 对 土 体 的扰 动 。 ５盾
速 、 时 、 全 、 载 能 力 大 、 环 境 影 响 小 的特 点 准 安 运 对
以及 隧道 对相 邻 构 筑 物 的 影 响 等 方 面 。而 对 于 隧
道结 构 纵 向变 形 及 纵 向变 形 对 隧 道 结 构 的 影 响 等 方 面 的研究 却 相 对 偏 少 。近 年 随 着 地 铁 和 市 政 工
・
收 稿 日期 ＂０ ２０ ．４ ２ ０．２１
作 者 简 介 ： 宏 伟 （９６ ）男 ， 黄 １６ － ， 山西 人 ， 士 ， 授 ， 士 生 导 师 ， 要 从 事 地 下 工 程 、 土 工 程 教 学 研 究 工 作 。 博 教 博 主 岩
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围环境 变 化 引起 的 ， 有 隧道 营运 产生 的 等等 各 种 也 因素 。 每一 阶段 的主要 影 响 因 素又有 所 不 同。 隧道 衬砌 环 入 土后 的 沉 降发 展过 程 ， 其 发 生 按
建 轨道 交 通 达 四 十余 公 里 。 我 国 沿 海 城 市 地 铁 线 路通 常 需 要 穿越 闹 市 区且 地 质 情 况 大 多 为 软 弱 土 层， 因此 盾 构 法 隧 道 已成 为 城 市 环 境 下 地 铁 隧 道
（） 卧 土层 超孔 隙 水压 力 消 散 而引 起 的 固结 ２下
沉降 ； （ ） 卧土 层 骨架 长 期压 缩 变形 的次 固结 沉 降 ３下 通常 ， 隧道 要 在 盾构 推进 完 毕 后 半年 至 一 年后 开 始使 用 。 因此 ， 一般 在 施 工 阶段 已大体 完 成 了初 始沉 降 和 固结 沉 降 ， 而在 长期 使 用 阶 段则 缓 慢 地进 行 次 固结沉 降 。
盾构隧道纵向刚度及影响因素模型试验研究
盾构隧道纵向刚度及影响因素模型试验研究盾构隧道的纵向刚度及其影响因素是盾构隧道设计和施工中需要重点研究的问题。
本文将介绍盾构隧道纵向刚度的定义、影响因素以及模型试验研究。
一、盾构隧道纵向刚度的定义盾构隧道纵向刚度指的是隧道在纵向方向上的刚度，即在纵向受力作用下，隧道的变形和应力分布情况。
由于盾构隧道工程中存在较大的水平覆土厚度和垂直应力差异，纵向刚度的研究对于隧道施工的安全和稳定性具有重要的意义。
二、影响因素1.基本土壤参数盾构隧道的纵向刚度与土体的基本参数有关，包括土体的弹性模量、剪切模量、泊松比等。
这些参数决定了土体对于受力作用的响应和变形情况。
2.土体的力学性质土体的力学性质对盾构隧道的纵向刚度也有重要影响。
例如，土体的压缩性、剪切性、抗剪强度等都会对隧道的纵向刚度产生影响。
3.外界荷载外界荷载，如地震、水压、荷载等也会对盾构隧道的纵向刚度产生影响。
这些荷载会引起隧道的应力和变形，进而改变隧道的纵向刚度。
模型试验通常包括以下步骤：1.材料准备选择与实际施工材料相似的材料进行模型试验，如土样、隧道衬砌材料等。
2.试验装置设计与制备根据试验要求设计合适的试验装置，包括加载装置、测量装置等。
3.试验参数设计与调整确定试验参数，如外界荷载的大小、荷载的作用方式等。
根据实际施工情况和模型试验的目的，进行多组试验，调整试验参数。
4.试验数据采集与分析进行模型试验时，采集试验数据，并进行相应的数据分析，如变形数据、应力数据等。
5.结果总结与分析根据试验结果，总结试验结论，并分析影响盾构隧道纵向刚度的主要因素。
通过模型试验研究盾构隧道纵向刚度及其影响因素，能够更好地指导实际工程的设计和施工，提高盾构隧道的安全性和稳定性。
同时，也能为相关理论研究提供实验依据和数据支持。
隧道开挖纵向变形相关性研究
和 收敛 进 行 了全过 程 的 变化监 测 ， 同时进 行 了数值 分析 。 通过 对监 测数 据和 数值 模 拟结 果进 行 比较 ， 总结 出隧道 开
挖过 程 中纵 向上 的各 断面 变 形相 关性 ， 于 指导 类似 工程 对 的设计施 工和 科研 工作 具有 一定 的参 考价值 。
量 工具 为精 密水 准仪和 标 准钢 卷尺 ， 水平 收敛 则使 用数 显
收敛 计 测量。
表 １ 横 断面 划 分 明 细 表
工 工 艺提 供 了依 据 ，为 隧 道 施 工过 程 中有 效 的利 用 监 测 数据 进 行 围
岩 稳定 性 判 断 ， 障 施 工 安 全提 供 了 方法 。 保
钢筋 混凝 土 ， 度 为 ６ ｃ 厚 ０ ｍ。 暗挖 段采 用复 合式 衬砌 ， 期 初
支护 采 用 Ｃ ０混凝 土 ，二衬采 用 Ｃ ５混 凝土 ，仰 拱采 用 ２ ２
Ｃ 石 混 凝 土 。 洞 口施 工 为 关 键 施 工 点 ， 保 证 施 工 的 １ ５片 为
安 全性 和洞 口围岩 的稳定 性 ， 口采 用超 前长 管棚 和地 面 洞 深 层 搅 拌 的 方法 ， 岩采 用 超 前小 导 管加 注 浆 ， 围 ｌ 围岩 Ｖ级 采 用超 前锚杆 。 ３ 现场 监测 与数值 分析
关键词 ： 控量测 监
数值 模 拟
纵 向变 形
相 关 性 分析
１概 述 隧道 新奥 法 中的关键 工 序 为隧 道监 控量 测 ， 其质 量 结 果 直 接 影 响 围岩 与衬 砌 的稳定 性 、 工 安 全 、 工 顺序 及 施 施 施 工 方法 ， 时对安排 施工 管理 具有 重要 指导作 用 。 同
隧道开挖围岩变形特性及纵向影响范围研究
隧道开挖围岩变形特性及纵向影响范围研究厉广广;吴晨梦【摘要】通过有限元模拟隧道台阶法施工,分析地表沉降、拱顶、拱底、横向变形和围岩最大、最小主应力随开挖步增长的变化规律,研究围岩变形特性和纵向影响范围,基于突变理论对拱顶沉降进行分析,研究围岩突变时机.结果表明:隧道开挖对掌子面的变形影响主要发生在拱顶、拱底及拱腰位置,地表沉降主要集中在隧道开挖中线附近,应力集中则发生在拱腰及拱脚处;影响范围主要集中在开挖面开挖方向前后 1D (D为开挖洞径)范围内,其中开挖面前后0.5D范围为强影响区,0.5 ~1D范围为弱影响区.【期刊名称】《北方工业大学学报》【年(卷),期】2018(030)005【总页数】5页(P135-139)【关键词】隧道开挖;围岩;变形特性;影响范围【作者】厉广广;吴晨梦【作者单位】江苏省交通工程建设局,210000,南京;徐州市睢宁县交通局,221200,徐州【正文语种】中文【中图分类】U456.3隧道开挖主要对开挖面一定范围影响强烈，对隧道开挖围岩变形特性和影响范围进行研究对施工和监测具有重要意义.[1]郑选荣以西安地铁区间隧道为研究对象，通过数值模拟结合工程实测数据对隧道围岩变形特性进行研究，并提出相应的控制措施[2]；徐良分析不同施工方法和不同围岩等级隧道施工对地表沉降的影响，研究预测方法[3]；马乙一通过数值模拟分析隧道开挖掌子面变形特性，得出竖向位移前后6 m，横向位移前后3 m及塑性区3～4 m的影响范围[4]；Mohammad Reza Zareifard通过计算不同工况下，隧道周围岩体受开挖扰动的变化规律，对影响区域进行量化分析，得出隧道开挖受损区半径及塑性区范围，并针对影响区域提出预防加固建议.[5]本文借鉴以上研究成果，对隧道开挖围岩变形特性及纵向影响范围进行探究，希望能够为工程实践提供一定参考.1 数值模型建立采用ABAQUS软件建立隧道开挖模型，如图1所示.根据圣维南原理[6]，为消除边界约束效应，控制围岩应力应变影响在10%以内[7]，开挖洞室左右侧距中心线4倍的洞径距离，取值约为40 m（D ＝10 m），整个计算模型在 X、Y、Z 方向尺寸为100 m×65 m×40 m，岩体共划分为16 978个单元，节点总数20 233.除地表外，模型五面施加法向约束.假设围岩为理想弹塑性体，本构关系按照弹塑性理论计算，屈服准则为 Mohr-Coulomb准则.参数见表1.图1 隧道开挖模型表1 数值分析计算参数材料种类弹性模量／GPa 粘聚力／MPa 内摩擦角／（°）泊松比密度／（kg·m－3）0.35 0.2 30.00 0.35 2 150初支混凝土 21.00 －－0.25 2 700钢拱架 205.00 －－ 0.20 7 800喷射混凝土V类围岩25.50 1.8 52.64 0.18 24简化模拟上下台阶法施工，由于二次衬砌对围岩变形的影响相对较小，此处忽略不计.按刚度等效原则，将喷、锚、网系统等效到初期支护结构，进行模拟计算.以先行洞周围岩体变化规律为研究对象，台阶开挖长度5 m，分8个分析循环（上台阶开挖→支护→下台阶开挖→支护），共40 m，33个 Step.2 模拟结果分析2.1 地表沉降分析考虑开挖边缘存在一定的边界效应，同时为分析开挖前后掌子面变化情况，拟定开挖方向10 m断面掌子面作为研究断面.动态分析模型顶面地表沉降随开挖过程变化规律，绘制如图2曲线，其中 X轴为研究断面距模型中心线的不同距离.图2 开挖方向10 m断面周边地表沉降变化曲线根据 Peck、Attewell经典地表下沉理论[8]，地表沉降分布近似满足正态规律，模拟结果显示，隧道开挖全过程中，地表沉降与距中心线距离整体呈“V”字型，与理论结果一致，最大沉降为中心线附近，与沉降观测点布置原则一致.距中心线距离越远，开挖对地表沉降影响越小，反之越大，即距离越大，开挖扰动越强，地表沉降主要发生在开挖断面附近.图示不同曲线表示不同开挖过程，Step1、Step5、……Step33对应上下台阶法开挖 5 m，其中 Step9为开挖至研究断面（10 m），距离研究断面10 m处开始开挖，地表沉降基本为零，开挖方向距研究断面5 m，地表沉降开始增大，且研究断面前后5 m曲线间距最大，即地表沉降增长速度最快，至开挖断面后10 m后增长缓慢，模拟工况下地表沉降最大值为－3.75 mm，因此不难得出隧道开挖对地表沉降主要影响区域为前后0.5D（5 m）.2.2 围岩变形分析图3、图4分别为研究断面掌子面不同控制点竖向、横向位移变化曲线，位移向上为正.整体来说，拱顶和拱底主要发生竖向位移，而拱腰主要发生横向位移，拱脚位移相对较小；控制点横向、竖向位移变化整体满足开挖至研究断面前后（Step9）一定距离内变化明显、其后变化不大的规律.图3 开挖方向10 m断面掌子面控制点竖向位移变形曲线如图3所示，隧道开挖拱顶和拱底竖向位移变化较大，且拱顶、拱腰竖向位移为正，拱底、拱脚竖向位移为负，即拱顶沉降明显，而拱底以隆起为主，拱顶和拱底为隧道监控量测主要控制点，也是控制隧道开挖围岩变形的关键所在.不同控制点在开挖至Step5前，竖向位移变化不大，Step5～13竖向位移明显变化，且呈数值增大趋势，其后趋于稳定，即开挖至研究断面前后5 m范围，竖向位移受开挖影响较大.这主要是因为围岩未被开挖时整体性较好，能够自稳，开挖至研究断面附近时，扰动围岩从而引起开挖界面发生变形，随着开挖距离增大，扰动减小，已开挖处支护强度上升，围岩趋于稳定.由图4可见，控制点横向位移主要发生在拱腰位置，与隧道监控量测中横向一般监测点选取拱腰位置的工程实践一致.各控制点横向位移在研究断面前后5 m位置，即开挖至 Step5～13时，波动较大，前后5～10 m，波动较小，其后趋于稳定，即研究断面前后0.5D为主要影响区域，前后0.5～1D影响较弱，主要影响区是变形监控的关键时期，在工程监测中，可根据变形结果适当增加观测频率.2.3 围岩应力分析图5、图6分别为研究断面控制点的最大、最小主应力变化曲线，压应力为负，隧道开挖过程各控制点主应力均为负值，即表现为压应力.隧道开挖至研究断面前后一定距离，主应力变化最为明显，远离开挖断面后应力逐渐趋于稳定.由图5可见，最大主应力数值拱脚最大，为主要应力集中区域，拱腰应力集中相对减小；最大主应力在开挖至Step19以后趋于稳定，可认为研究断面后方1D范围以外为开挖无影响区域.在Step19前，变化相对明显，且开挖至研究断面前后5 m范围变化最为突出，即隧道开挖主要影响范围为研究断面前后 0.5D，0.5 ～1.0D 为弱影响区.随着影响程度减弱、支护强度提升，无影响区相对影响区，研究断面处的最大主应力明显减小.图6 开挖方向10 m断面掌子面控制点最小主应力变化曲线由图6可见，最小主应力在隧道开挖研究断面前后1D范围内变化明显，且数值波动较大，1D以后数值趋于稳定，其中开挖至Step5～13变化最为突出，与最大主应力变化规律整体一致.3 基于突变理论的影响范围研究突变理论，旨在揭露事物变过程中，由一种状态向另一种状态发展变化的瞬间规律，在围岩变形分析中具有良好的适用性.[9]围岩变形最直观表现为位移变化，选取隧道开挖方向10 m断面拱顶变形位移模D（k）为研究对象，应用突变理论，研究拱顶位移模的突变时机及突变对应隧道开挖的状况.定义第k开挖步洞室边缘节点位移模D（k）为：通过拟合曲线，建立位移与开挖步之间的函数关系：式中：a0，a1，a2，a3，a4 为待拟合的参数.通过Tschirhaus变换将式（2）转化为尖点突变模型的标准形式：式中：通过有限元模拟简单计算得到不同开挖步研究断面拱顶位移模见表2.在一定范围内Δ具有单调性.借鉴二分法思想，运用曲线拟合技术，得到不同开挖阶段对应的位移模函数、函数待定系数，计算突变特征值结果如表3所示.[10]表2 不同开挖步研究断面拱顶位移模Step 位移模／mm Step 位移模／mm 20.43 18 9.08 4 1.11 20 9.03 6 3.06 22 9.27 8 3.06 24 9.24 10 7.78 26 9.37 12 7.69 28 9.37 14 8.91 30 9.55 16 8.83 32 9.52表3 位移模突变计算表Step a0 a1 a2 a3 a4μνΔ 32 －7.0 ×10－43.0 ×10－4 7.0 ×10－5 －5.0 ×10－68.0 ×10－8－ 0.166 8 0.001 9 －0.018 4 16 8.0 ×10－5 －6.0 ×10－58.0 ×10－5 2.0 ×10－6 －3.0 ×10－7 0.155 1 0.006 5 0.016 1 24 6.0 ×10－4 －6.0 ×10－43.0 ×10－4 －2.0 ×10－53.0 ×10－7 －0.365 1 －0.051 6 －0.122 5 20 8.0 ×10－4 －9.0 ×10－43.0 ×10－4 －2.0 ×10－54.0 ×10－7 －0.118 5 0.009 8 －0.004 0 18 7.0 ×10－4 －7.0 ×10－43.0 ×10－4 －2.0 ×10－53.0 ×10－7－0.365 1 －0.054 7 －0.113 8当Δ＜0时，可认为围岩变形发生突变，即对于表3中开挖至Step20时，隧道开挖掌子面位于研究断面前方10 m位置，即可认为掌子面前10 m处前后影响程度发生突变，故以10 m（1D）为划分有无影响区的阈值，前后1D范围内为影响区，1D范围以外为无影响区.4 结论根据上文分析可得出以下结论：1）隧道开挖对掌子面的主要影响为拱顶沉降、拱底隆起以及两侧位置的横向变形，可加强对应方向的监测频率，地表沉降主要分布在开挖中线附近.2）研究断面控制点所受主应力表现为压应力，且压应力拱腰和拱脚处最大，拱顶、拱底相对较小.应力监测中，可控制拱腰处监测频率，或适当加强相应位置材料强度.3）模拟工况下，隧道开挖对围岩稳定影响主要为开挖断面前后1D范围，其中前后0.5D、前后0.5～1D、前后1D以外分别为强影响区、弱影响区和无影响区.基于数据变化规律和基于突变理论分析结果一致，可相互验证.参考文献【相关文献】[1] 邵珠山.隧道工艺力学[M].北京：科学出版社，2016[2] 郑选荣.西安地铁浅埋暗挖黄土隧道围岩变形特性及控制技术研究[D].西安：西安科技大学，2015：65-106[3] 徐良.施工隧道开挖对地表沉降影响的数值分析研究[D].合肥：合肥工业大学，2016：16-36[4] 马乙一.隧道穿越断层破碎带施工过程围岩位移特征研究[J].中外公路，2017，37（3）：174-179[5] Mohammad Reza Zareifard，Ahmad Fahimifar.Analytical solutions for the stresses and deformations of deep tunnels in an elastic-brittle-plastic rock mass considering the damaged zone[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2016：186-196[6] 关宝树，赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011[7] 蒋华春.隧道数值模拟计算边界范围研究[J].公路工程，2013（3）：132-136[8] 程红战，陈健，李健斌，等.基于随机场理论的盾构隧道地表变形分析[J].岩石力学与工程学报，2016（S2）：4256-4264[9] 厉广广.双线隧道同向开挖纵向合理间距研究[D].西安：西安工业大学，2017：21-22[10] 赵敏，厉广广，尹文静.基于不同数据处理方法的击实特性求解及应用[J].土木工程与管理学报，2016，33（6）：22-25，38。
越江盾构隧道纵向受力及变形分析研究
越江盾构隧道纵向受力及变形分析研究
越江盾构隧道纵向受力及变形分析研究
以某越江盾构隧道工程为背景,采用三维梁-弹簧模型对水位变化、河床冲刷等不同情况下盾构隧道的纵向受力及纵向变形进行数值模拟,并对数值计算结果进行了分析.分析可知,纵向上的沉降主要发生在地质条件变化处、地形条件突然变化处以及盾构隧道与竖井的连接处.探讨了盾构隧道与竖井的不同连接方式对于隧道纵向内力及变形的影响,并进行了对比分析,根据分析结果提出采用柔性连接的建议.
作者：赵强政李树鹏陈昌武李辉覃盛科 Zhao Qiangzheng Li Shupeng Chen Changwu Li Hui Qin Shengke 作者单位：赵强政,李树鹏,Zhao Qiangzheng,Li Shupeng(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉,430063)
陈昌武,李辉,覃盛科,Chen Changwu,Li Hui,Qin Shengke(襄樊市交通规划设计院,襄樊,441000)
刊名：交通科技英文刊名：TRANSPORTATION SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 ""(2) 分类号：U4 关键词：盾构隧道纵向变形梁-弹簧模型管片结构。
高速铁路隧道围岩纵向变形曲线研究
映．目前 ，采 用数值 拟合 方 法进行 ＬＤＰ的研 究主 要 集 中 于拟合 形 式 、影 响 因素 等 方 面 ，且 大 多是 基
于 圆形 隧道展 开 ，并 未考虑 断面形 式造 成 的影响．为此 ，本 文总 结具有代 表 性 的纵 向 变形 曲 线公 式 ，
对其 适 用范 围及特 点进 行 比较 ，研 究 Ｖ＆Ｄ 公 式在 高速铁 路 隧道 下 的适 用 性．结 果表 明 ：利 用 高铁
高速 铁 路 隧道 围岩 纵 向变 形 曲线 研 究
陈 虎 ，粟 威
（１．南 京 地 铁 集 团有 限责 任 公 司 ，南 京 ２１００２４； ２．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 ：隧道 开挖过 程 中开挖 面具 有 空间 约束效应 ，纵 向 变形 曲线（ＬＤＰ）是这 一 空间效 应的 直观 反
收 稿 日期 ：２０１５—１２—０９ 基 金 项 目 ：中 央 高 校 基本 科 研业 务 费专 项 资金 资 ＩＩ／Ｊ（２０１４ＹＪＳ１０２） 作者简介 ：陈虎（１９７４一），男 ，江苏阜宁人 ，硕 士，高级工程师．研究方 向为轨道交通工程．ｅｍａｉｌ：４９６４０１９６６＠ｑｑ．ｃｏｌｎ．
ＣＨ Ｅ Ｎ Ｈ ｕ、。ＳＵ Ｗ ｅｉ２ （１．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｍ ｅｔｒｏ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００２４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍ ｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４４，Ｃｈｉｎａ）
关 键 词 ：隧 道 工 程 ；高速 铁 路 ；纵 向 变 形 曲 线 ；数 值 模 拟
有限空间内盾构隧道的施工变形规律研究
图 １ 三维数值计算模型( 单位:ｍ)
１ ２ 建模说明
本文盾构法隧道施工阶段模拟中主要有土体、管片衬
砌、盾壳、注浆层和地下道路五种不同类型的材料的结构ꎮ
假设结构( 即地下道路结构、隧道衬砌) 处于弹性状态ꎬ采用
线弹性模型ꎬ而土体变形进入塑性范围ꎬ假设土体变形为弹
、黄茂松等 [３
－ ４]
采用“ 两阶段法” 的思路ꎬ对盾构法施工
造成邻近桩基垂直方向和水平方向的力学响应进行了讨论ꎮ
朱逢斌等 [５] 利用 ＡＢＡＱＵＳ 有限元分析软件ꎬ以房屋楼板扭转
形变和混凝土框架柱的轴力为关键指标ꎬ完成较为详尽的参
数敏感性分析ꎮ 孙宇坤等 [６] 详细地分析了盾构法隧道施工期
间上部砌体结构房屋的基础及顶层屋面下沉的实测数据ꎮ
发生位移ꎻ在半无限空间中ꎬ盾构施工引起的土体位移区域
道路工程进行三维数值模拟ꎬ模型示意为图 １ꎮ
高度 ｈ ２ ＝ ８ ｍꎬ围护墙底深度 ｈ ＝ ２０ ｍꎬ隧道半径 Ｒ ＝ ４ ２５ ｍꎬ
在有限区域中ꎬ因地下道路及围护墙的对土体位移的阻
路和围护墙围合而成的内部土体中ꎬ而区域外的土体几乎不
围护墙水平净距 Ｓ ｈ ０ ＝ ７ ７５ ｍꎬ隧道中心埋深 Ｈ ＝ １６ ６ ｍꎮ
Ｃ３５ 混凝土( Ｅ ＝ ３ １５ × １０ ４ ＭＰａꎬ μ ＝ ０ ２) ꎬ隧道管片为 Ｃ５０
混凝土( Ｅ ＝ ３ ４５ × １０ ４ ＭＰａꎬ μ ＝ ０ ２) ꎬ注浆体 Ｅ ＝ １ × １０ ３
ＭＰａꎬ μ ＝ ０ ２ꎬ盾壳 Ｅ ＝ ２ ０６ × １０ ５ ＭＰａꎬ μ ＝ ０ ３ꎮ 参考相关
件ꎻ变形
中图分类号:Ｕ４５５ ４３
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隧道开挖纵向变形相关性研究
摘要：本文依托湖北谷竹高速关垭子隧道，实施断面全过程的监控量测，通过对实际监控的数据结果和数值分析的数据的分析，得出了各断面在纵向上的变形相关性，为指导类似工程的支护设计和施工工艺提供了依据，为隧道施工过程中有效的利用监测数据进行围岩稳定性判断，保障施工安全提供了方法。
关键词：监控量测数值模拟纵向变形相关性分析
1 概述
隧道新奥法中的关键工序为隧道监控量测，其质量结果直接影响围岩与衬砌的稳定性、施工安全、施工顺序及施工方法，同时对安排施工管理具有重要指导作用。
本文依托湖北谷竹高速关垭子隧道，对各断面的拱顶和收敛进行了全过程的变化监测，同时进行了数值分析。
通过对监测数据和数值模拟结果进行比较，总结出隧道开挖过程中纵向上的各断面变形相关性，对于指导类似工程的设计施工和科研工作具有一定的参考价值。
2 工程概况
关垭子隧道设计为小净距隧道，位于湖北省竹溪县蒋家堰镇。
隧址区属风化断裂地貌，断裂构造较为发育，主要以西北向和东北向断裂为主，岩性较差，岩石较破碎，断裂破碎处含水量较大，。
隧道左线起止桩号为：zk226+712～zk227+797，选取zk227+780～zk227+453为分析区段，全长347m。
该区段围岩片岩较多，主要为
强、弱风化片岩。
隧道洞口采用端墙式洞门，出口端前5m设计为明洞，明洞顶部回填采用水泥砂浆抹面。
明洞衬砌采用c25钢筋混凝土，厚度为
60cm。
暗挖段采用复合式衬砌，初期支护采用c20混凝土，二衬采用c25混凝土，仰拱采用c15片石混凝土。
洞口施工为关键施工点，为保证施工的安全性和洞口围岩的稳定性，洞口采用超前长管棚和地面深层搅拌的方法，围岩采用超前小导管加注浆，ⅳ级围岩采用超前锚杆。
3 现场监测与数值分析
3.1 现场监测
工程实践表明，最能反映围岩及支护系统力学形态和安全性能的指标是周边位移和拱顶下沉。
我国的现行规范也将周边允许收敛值和允许收敛速度作为围岩和结构稳定的判据[1]。
本文主要研究各横断面的拱顶下沉、水平收敛在纵向上的变形相关性，根据现场实际，共划分18个横断面（见表1），每个横断面设置3个测点（见图1）。
拱顶下沉的测量工具为精密水准仪和标准钢卷尺，水平收敛则使用数显收敛计测量。
3.2 数值分析
数值模拟作为一种先进的预测施工方案可靠性的方法，已经越来越成熟和可靠，本文选用abaqus数值分析软件进行模拟开挖。
为合理模拟边界效应，模型长度取为隧道直径的10倍，使隧道处于模型的中心[2]。
左右边界同时施加水平方向约束，底部施加水
平和垂直方向的约束（如图2所示）。
模拟单元以四边形单元为主，在近洞口段的过渡区域允许出现三角形，从而实现粗细网格的合理过渡，以保证精度。
网格划分如图3所示。
4 数据与分析
为便于分析数据和进行理论解释，将以上数据绘制成图4。
由图4可以看出，在近洞口段，拱顶下沉量发展较快，实测值在7号断面已经达到18号断面的73.48%，模拟值达到83.56%。
7号断面处于ⅴ、ⅳ级岩石的分界面，岩性较差，以破碎片岩为主，而且地下水含量较大，承载能力不足，自稳能力较差，整体性较差，因此次区段内拱顶沉降量在重力的作用下随埋深的增加而增大，发展较快。
之后的断面由于岩性的改善，掌子面的岩体强度和自稳能力增强，变形也趋于稳定。
这是由于岩性发生改变，岩石的强度和整体性得到改善，使沉降量发展缓慢[3]。
水平收敛的变形趋势与拱顶沉降规律大致相反。
在近洞口埋深较浅，收敛主要受土体水平侧压力的影响，所以近洞口段水平收敛较小且发展缓慢。
随着开挖进程，水平侧压力随埋深的增大而变大，导致水平收敛值也明显增加。
由图可以看出，数值分析的数据曲线能反映出隧道开挖变形在纵向上的变形规律。
因此可以通过数值分析进行施工过程中围岩以及衬砌的变形规律和变形量，依此制定相应的应对措施，或者作为施工方案设计的参考依据。
同时鉴于数值分析的近似性和理想化，不能完全模拟实际的施工工况，因此，不能单独利用数值分析数据
进行分析，必须结合实际的测量结果进行对比分析，来评价围岩性能和支护方案的可靠性[4]。
5 结语
通过对实际测量数据和数值模拟结果的对比分析，结合实际的工程现状和理论依据，可以总结出新奥法施工的隧道纵向上各断面的变形相关性。
具体表现为：
①在邻洞口段，影响拱顶下沉的主要因素为埋深，且近洞口段的发展较快。
经过近洞口段后，岩石的承载能力成为影响拱顶下沉的主要因素。
②在整个开挖区段内，理论分析和实际测量的结果同时显示水平收敛变形趋势与拱顶沉降规律大致相反，呈现出先缓后急的趋势。
③在隧道开挖过程中，拱顶位移是判断施工效果和评价岩性的关键因素，是反映围岩力学状态最直观的数据。
因此施工中要做好对拱顶沉降数据的处理和分析，充分利用其数据做好对施工方案的调整，做到信息化施工。
参考文献：
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