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 。
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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：
[1]陈建勋，马建勤.隧道工程试验监测技术[m].北京：人民交通出版社，2005.
[2]邓江.猫山公路隧道工程技术[m].北京：人民交通出版社，2002.
[3]刘泉声，白山云，肖春喜等.基于现场监控量测的龙潭隧道
施工期围岩稳定性研究[j].岩石力学与工程学报，2007，26（10）：1982-
1990.
[4]张顶立，黄俊.地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测[j].岩石力学与工程学报，2005，24（10）：1703-1707.。