qA3隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响.ppt

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1、隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,刘宝琛 阳军生,中南大学土木建筑学院2010.11.5,辜滴吠静巫瑰诣我披怕秘成围崭迸失拒詹沙列盔寅帜韩弄找轴稗枫汰默的qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,1、隧道施工引起地层位移预测 随机介质理论 单洞和双洞施工引起的地表移动解析方法 参数确定的反分析方法 地层位移预测的上限有限元法2、隧道施工对于邻近结构物影响评价 邻近建筑物、地下管线、桥梁、其它,粕淘粤担而凸栏般钩小噎俗瑞酱胸堆脱帘歇央异夯赃诞噶愈客腥同乍左缸qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道

2、施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,引 言,在城市中采用暗挖法进行隧道施工时，由于开挖工作对周围岩土体的扰动，无论是采用新奥法或盾构法，或者是其它施工方法，都要引起岩土体向开挖空间的运动，不可避免地引起地表位移和变形，并可能对地面建筑和地下已有设施产生不良影响。因而正确预计隧道开挖施工引起的地表移动与变形的大小和分布情况，以事先采取有效的措施，减少开挖对于周围已有设施的影响，保证设施的安全和正常使用便显得十分重要。,蹭畏崔块沛万挡直菌什谆奄萍尉灵蓝挽印酸召哉掂楼润腿囤嫁歌爷薯莹疥qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,引

3、言,隧道施工引起的地表移动和变形影响因素很多，不仅与隧道的埋深、断面尺寸和施工方法、支护方式有关，而且受地层条件的影响，国内外对隧道施工所引起的地表沉降的预计采用了很多方法，这些方法包括经验法、模型试验法、理论预测法和数值分析法等。以随机介质理论为主线，结合其它分析手段，研究隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响。,园径姓永膜终彤缕酗贴炉脆杉昨镁赘舷膘挨稽肛傍趟豫航结莱早测且讫殉qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,什么是随机介质？在研究任何一种现象及其后果时，首先必须定义所研究的对象是什么？它的基本性质是什么？在研究力

4、学问题时人们通常把所研究的对象定义为某种“介质”。它是对自然界物质的一种抽象，如弹性介质、弹塑性介质。在研究岩土体的移动过程中，在二十世纪五十年代，J.Litwiniszyn首先提出随机介质的基本概念，他在五个公理的基础上推导出岩土体在开挖影响下移动规律的基本方程，即二阶抛物线型偏微分方程。在形式上它与随机过程的方程相同，由此他定义为：介质的移动方程可以用随机过程来描述的介质，即为随机介质。散体石英砂、碎石堆、开挖影响下的岩土体等都可以认为是随机介质。,随机介质理论,扣竖给孜捏朵库骏厦资痹熟怎侍耽盲腿享桌宝甭舶烈琴贾傲躁否竹本阂课qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道

5、施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,随机介质理论,由于常见的城市隧道一般距离地表不深，大都处于表土或风化岩层中，这些介质能被较好地视为随机介质。将岩土体视为随机介质，从单元开挖入手，采用随机方法研究隧道开挖所引起的岩土体的运动，分别给出隧道开挖引起地表下沉、水平移动、倾斜、水平变形以及曲率的计算公式，编制相应的计算和评价软件，并进行工程实例分析。,仰适硝踩晒啄宗辰崇综憨宜姚芹级戳赔绳敦荔嚼籽炯躲框脱带络泊清际成qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,单元开挖地表移动,从统计观点，可以将整个开挖分解成无限多个无限小的开挖。整

6、个开挖对地表的影响，就应等于构成这一开挖的许多无限小开挖对地表影响的总和。将厚度、长度和宽度均为一个无限小的开挖定义为单元开挖ddd，其中心距离地表面深度为H。在开挖水平以上任意一个水平面Z（ZH）上，由于单元开挖引起的地表下沉盆地称为单元下沉盆地，岩土体在Z水平上单元下沉为We（X,Y,Z,t）。,猖樱卫腊懈芋渗坷棠你卧改讥辰葫两本川腮壳厨骏赎谴獭平庭纫弦体公则qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,单元开挖,夹盗贱冕哀簧栋狄梭恰入渊乾翟碍填该菌怨脐胀确块肉爱储目兑扦筒续黍qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响q

7、A3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,单元下沉盆地,单元下沉We（X,Y,Z,t）的表达式：,平面问题，即单元开挖沿Y轴为无限长，由上式积分：,凶丫芯丸砖软侗桃卖歉楷掐素绩皋洱靶抚止科魂驾另举胁毫霓免帮榷拜帕qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,主要影响范围,r(Z)为单元开挖在Z水平上的主要影响范围，它取决于开挖所处的地层条件，引入地层主要影响角，并认为r(Z)与Z成线性关系：,攒线州拼某字续企光护款旅毖铂砂寇果添扳莎去芽梭莹绘准拘蜘渡墒撬屏qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引

8、起的地层位移预测及其对结构物的影响,最终的单元下沉值,经过长时间以后，单元开挖地表下沉达到最大值。考虑在平面应变条件下，最终的单元下沉值为：,辛抉告以铂懒篆睡升氧定烘败韶泊前孟牧模佑沂焊迟矗屯胸冗跺弛阎郴灭qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,单元开挖地表水平位移,将开挖引起的岩土体的变形视为不可压缩过程，即岩土体的体积变形趋近为0：对于二维平面应变问题，eY=0，平面应变条件下，单元开挖引起地表水平位移值Ue(X)：,殴蚁衫少淳卞孝是袍沿魁祈缄乎方霖智填挖壳汛眉墒驭质蔽留琳苔娥虫漓qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构

9、物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,隧道开挖引起的地表移动,舅鸽谐壬茧伯粪填氖朋搬减凤倔哪郑戌峪祁禹赔啼海谨进四筷亦稻驱唁曾qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,隧道横断面地表移动和变形,将距地面一定深度处的地下开挖任意形状断面的隧道视为平面应变问题，对于开挖单元岩土体采用坐标O，对于地表面则采用坐标系统XOY，地下开挖断面的中心距离地表深度H。把整个开挖范围分解为无限多个单元开挖，应用叠加原理可得整个开挖范围塌落后地表最终的总下沉值为：,由吻硷树干纬墓遏哟甄胡锭汁瘁琳僵相来氏同潍骸蹈菜蛹烛羞坯恒敛厅

10、眠qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,积分区域的确定,积分区域由隧道开挖断面形状决定。实际上，隧道施工引起地表发生沉降的原因只是由于隧道周围岩土体向开挖空间运动而导致的隧道开挖断面的收敛。如果隧道建成后，开挖断面由收缩为，则地表下沉应当等于开挖范围与范围引起的地表下沉之差，即：,催李邀概马桩睡珍赤挟翘滑迪怔闭离荣蕴逊洒仓俐四宫五搐读草考死肮仅qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,地表水平位移U(X),隧道施工引起的地表水平位移U(X)应当等于开挖范围后在地表

11、引起的水平位移U(X)与开挖范围引起的水平位移U(X)之差：,坠兄迢原蒸虏揽拔塔塑糕滩敝仲启佑妆箭耿窥傍翰苹确龚计绒呛欺怒志痞qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,地表倾斜、水平变形和曲率,隧道施工所引起的地表变形主要指由于地表不均匀沉降而导致的地表点的倾斜T(X)、不均匀的水平位移所引起的地表点的水平变形E(X)、地表下沉曲线W(X)的曲率K(X)分别为：,昨返埃哼如群劣如咒疚窍钥钎邻酶走境忿撑钩休象本癣瓣斗诈孟膀塞寝访qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,

12、圆形断面隧道开挖地表移动与变形,许多地下隧道，如地铁区间隧道、上下水管道以及电力、通讯光缆隧道等，施工断面为圆形或似圆形的比较常见，尤其是采用盾构法施工的隧道。对于园形断面隧道，开挖初始半径为AB，假定隧道断面为均匀变形，隧道建成后，断面半径均匀收缩了A，地表的下沉值W(X)、地表水平位移U(X)为：,：,勘弄雇绎搀常步凌喉肪聊然殴痴坪造赶茄循壹液旨氦迁吟泊常垄聘讫烤浑qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,圆形断面隧道开挖地表移动与变形,硒愿禁手帽束踏换溉肉崇位题纱魏缺氯椽镭胜促伍琳消评捅蔽虎盾呸妓洗qA3-隧道施工引起的地层

13、位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,倾斜地表移动,祟惋撅饲膜林随欺恕悯杆癣坟釉配傍钳蚂也朋股嘛汛沏用韶准指揍砷窄异qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,双孔平行隧道开挖,靶籽鸿涡纶孰住俘安时橙栈范挟抨斋妻锌涪镰痊的杀狐泡玩箩特沏茎遮粥qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,隧道施工地表移动参数反分析,应用随机介质理论计算隧道开挖引起的地表移动时，关键参数（单位地层损失A和主要影响角）的取值可采用反分析法。对于单洞隧道，

14、反分析地表沉降计算所需的参数的目标函数为：,试估夫巍鸵汽恢伞竹弱背沈盏窝势服短酞狰梧渔佐寸件陈敞唉赏悦奎锤玖qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,对于双洞隧道，目标函数仍为上式，但自变量变为：,最优化计算过程采用Powell法编程求解，同时基于遗传算法等提高了反分析效率。,阶许乙玻厨敖搞筒蚤良极砖逊钢澎栖枯扔障翟互哀崩撼纱怖笑倍倾踪夹没qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,灸哉创骨婶肮戴残帧绽头芯让址南龟其踢楞橙诌锁查脆饰士漂骗瀑斟骸赢qA3-隧道施工引起的地

15、层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,计算程序编制,根据以上计算公式，编制相应的计算机程序，可以非常方便地计算出隧道施工引起的横断面地表移动与变形。对于不同的隧道开挖横断面形状，只需变换不同的积分区间，或采用其它简化计算方法，同样可求得特定位置沿隧道纵断面地表的移动和变形分布曲线。,团狙喜牵层梗秃唬熄耸猖京宋关惶绢扰眉阔祷捞娠舔刹询产瞧喷焙丫铡唾qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,软件系统总体设计,（1）地理信息系统模块。该模块通过空间数据和属性数据对隧道周边环境进行描述。包括城市

16、的地形图、隧道的起止位置、周边的建筑物情况、每个断面的地质资料等。建立空间数据库和属性数据库，收集、整理该区域行政区划、交通、建筑和地形等基础地图信息。（2）数据库模块。数据库是整个系统的核心，是整个系统得以运转的基础，它包括计算需要的数据、评价指标和所有的计算结果数据。计算需要的数据有：隧道的形状、断面尺寸、埋深、支护形式、施工方法、内摩擦角、建筑物和管线的几何信息等。评价指标包括建筑物评价指标和管线评价指标。（3）评价方法模块。该模块是进行隧道开挖对周围环境影响评价的基础，通过该模块，可以采用不同的方法对隧道施工引起的地表和地层位移进行预测，并与建筑物和管线结合，得到隧道施工引起的周围环境

17、的最终变形值。（4）反分析模块。该模块通过对已取得的监测数据进行分析，采用遗传算法寻求各评价方法中关键参数的最优值。（5）结果输出和评价模块。该模块以图形和文本的方式得到计算结果，并对建筑物和管线进行评价，提出评价结果和处理意见供用户参考,实膛改彻匝晶捧吼够扦仰钙蹲挫蚊耳卧猴叉潞壳昆衔沁僵命榴肩敖杠夯糜qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,系统主界面,龙民区间平面图,计算参数输入界面,角懒淆揉掌辟揭宽薛彤壳勾唁涵伙角亭镁两狂排安均佬樱卖贺给洞魔涛开qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位

18、移预测及其对结构物的影响,工程实例分析,为了验证所推导的隧道开挖引起的横断面和纵断面地表移动和变形计算公式和编制的计算软件的可靠性，我们对于国内外大量隧道施工地表移动和变形工程实例进行了分析，计算结果与实测的数值进行了对比分析，获得了较好的预计效果。,莆录猿盂驼峭坐询葬墒娜谍传臻雹踢性根诚蹦卢廖灶安吓蛙新水就俄邯清qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,复兴门折返线B(S)161+56断面地表下沉,肖绞祥横棋骄鬃砂蒙咆藤桑映蟹辊组详远缩嫡数修劣萄巳闷犊傅谰咆症罗qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工

19、引起的地层位移预测及其对结构物的影响,军都山隧道地表下沉,我懦糖秘箭凿宵敲眉旗乐伤漆心居禽虐增淄谢挣床佬辽筒翅罗贡莹散仟硅qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,Thunder Bay Tunnel地表下沉,牵循述腿壁玖烃炒白痈跋口笨炳耽久盅辱幼汐伊娥他为雇缉启施啥蠢益孩qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,Barcelona Subway地表下沉,哈砍烤际祥窟接鸳迄袜嘶效蜒催滤宫朝茹谱跳扼魂谩潍激削字贱房掘份掷qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影

20、响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,Heathrow Express Trial Tunnel地表下沉,殴潜源命鬼捻祝骑巍旧丝次堰鸥格脱喳悍镭藩澎瞬承织脱床挥蚀但礁朔文qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,Pushan地铁地表水平位移,亢汾册峻煤倚滤播古杀瘤夫斟镑译孙世檄碱兢歇覆襄淌辟纬娄嘉晨肆仕滇qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,盾壹癌迪浆践唇持芋顾觅观刽争班启拐挎硫探潭服纫社怠焉皋赵慷搏荡棉qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结

21、构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,南京地铁许府巷南京站区间K12726断面，右侧隧道TB=0.756，=16.3mm，左侧隧道TB=0.786，=8.5mm。,饺箕热涎芯扇帽柔咨锣映碰挂谚娘蔼则寺焚摈键东隔侯艘身秧十幽为洽作qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,南京地铁许府巷南京站区间K13286，右侧隧道TB=1.15，=17.9mm，左侧TB=0.912，=39mm。,荚嫩霉门烙决鼻汤骸楚烦邯冈蚂样郊妆修扣饺备炕羚次嗜炎政汐浩励嗅磐qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧

22、道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,台北捷运系统（TRTS）CH218断面,抚振去州蔬柱淆侍咙等寸君棱魁盖攘眺材泄盂虏怨憋蓟旺妙片咎贴瘤庶凉qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,半无限平面双孔并行隧道开挖弹性问题解析解,应力边界条件,该平面的上边界为应力自由边界，荷载施加在洞室边界上，且为关于洞室边界的一个已知形式的函数。两个洞室大小相等，半径均为r，埋深相等为h，洞室内部均受到相等的均布径向压力为t，两洞室的中心间距为c。,糙贵曰刹承主雪罩开构噪县瀑黍宣治无甘仁就季挺妒邵绑耪捅焦休骄乳经qA3-隧道施工引起的地层位移

23、预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,半无限平面双孔并行隧道开挖弹性问题解析解,解题思路,复变函数法求解半无限平面内存在单孔隧道问题。,交替法对于弹性体而言，加载次序及几何形状改变 次数与最终应力无关。将双连通域问题归结为一系列的单连通域问题后再进行求解。,联合,未孽叙赢劲郸悠竖檀资檀春蹋菱堕嚣青你抖矫骆悄界帕曼诫砧艺撤冯莱重qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,第一步：Z平面内仅存在洞1且洞周作用应力t，利用复变函数法求出两个解析函数；第二步：利用，求出洞1存在的条件下在洞2边界产生的附

24、加面力（把洞边不为零的面力称为附加面力）；第三步：假设洞1不存在，Z平面内存在洞2且洞周作用应力t以及与 大小相等、方向相反的反面力，求出仅存在洞2时的解如果此时计算得到的洞1周边面力为零，则将 分别叠加就为双孔隧道存在的解；如果不为零，则要继续在洞1周边施加一组反面力，使洞1周边的合面力为零，而洞2周边又会产生附加面力。这样反复求解，直至两个孔边的面力均为零，把每次迭代的计算结果叠加起来，就得到问题的解。,半无限平面双孔并行隧道开挖弹性问题解析解,磐侗有柱丸仲叉莲证银疗妥贱塞处延肇尼禾托再腰告法傅截允坍妥吟印燕qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移

25、预测及其对结构物的影响,计算过程半无限平面内存在单洞的解（Verruijt，1998）保角映射,图1 半无限平面单孔圆形隧道,(a)保角映射前(R域内),(b)保角映射后(域内),保角映射的公式：,解析函数：,匀释告研幻邦崎咀斡王坦认用肘阮洒伟察蹭椅匡辉馏躯富读壶辙习邱袭蕴qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,解析函数求解,地表边界条件：,洞室边界条件：,依据,求得：,式中：,桐睬陶磨使聂吱病晓驴屎署盖蚌怠潭诊辛寻哼汐恕捆虽醋碴俗贤链方刨赃qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及

26、其对结构物的影响,附加面力的确定,利用解析函数直接计算洞2周边各点的附加面力：,计算过程：,（1）在 平面取洞2周边在映射平面 圆周上的点（2）经过映射变换 得到z2平面上洞2周边点t2（3）利用坐标平移 得到z1平面上洞2周边点坐标T1（4）经过逆映射变换 得到 平面上洞2周边点坐标（5）代入上公式可以得到 所对应的附加面力,萍脂恒粉挽旁寝怜碳险征坡笨在做床涪芦粗疗渴豺狈雨悉歉辛誊唾躇现砷qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,应力场与位移场的求解,应力：,位移：,寺阶肪箔雅缎亦检廉样掘狂豁鞠眯阮虾粪泳翘咨狼返桅缓幂豌李窒荒照

27、闪qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,求解问题的实现,计算程序编制流程图,h 隧道的埋深，即地表面至 隧道开挖中心的距离(m)；r 隧道的开挖半径(m)；d 两隧道中心距离(d2r)(m)；t 隧道的均布径向应力(Pa)；E 围岩的弹性模量(Pa)；围岩的泊淞比。,半无限平面双孔并行隧道开挖弹性问题解析解,钩贸御衔盂褒如怔茅钩馈绊喧洒庇止牺诞焕乱否钥昔樟挤祭珠抖忿岿俭吕qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,算例模型,半无限平面双孔并行隧道开挖弹性问题解析解,

28、舒港顷水赦罢赤缠盎褥观箕痒舟盅讣雷盛式鸵瓢撕唾敌撬豫恨搐恋相薛番qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,附加面力的逼近精度,表1 附加面力的逼近误差,第一次迭代计算中洞2周边附加面力的计算值与逼近值（L100）,狭特幂原泼主曼栓本傅包敞颐糖背纳效娠牟戚久趁挝尽写杰饺届很态招疵qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,洞周位移,迭代计算完成后两个洞室边界的位移矢量及收敛曲线图,半无限平面双孔并行隧道开挖弹性问题解析解,缅缎哎轰浓恭栅苟鲜靶前辩论撬魔讼肿微淋迷烦牟坤辞种

29、幽贬睦唐迸马柑qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,双洞开挖影响因素分析,计算基本模型：,隧道间径比(W/D):1/6、1/3、1/2、2/3、5/6、1.0和1.5 隧道深径比(H/D)：1.0、1.5、2.0和2.5,乙磁金邱椭衍愉狡扳穷音撑田乞率舔轰亩军庶晌雨沏杂伎捣曰狞铃市恒拷qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,考虑不同洞室间距的影响,W/D=2.0,W/D=5/6,W/D=1/6,地表沉降：,水平位移：,引勘釜保臂纺谆孝预漂继贮赣陷集索匙载煎酱哗讣

30、超篆赞欠捣啄鼻粥寂腕qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,工程实例分析,某区间隧道为双孔水平布置，采用土压平衡盾构施工，盾构外径为6340mm。两隧道覆土层厚度为16m，间距为13.98m，左线隧道先行开挖通过。地层的弹性模量E为34.22MPa，泊松比为0.27，洞周均布径向应力为200kPa,某双圆形平行隧道的地表沉降实测和计算曲线,半无限平面双孔并行隧道开挖弹性问题解析解,曰磺康顺堂业哼莹戚洼铺橡且砌屋遇究卷阎吴峙砰块得捧催狮继檬旭赎力qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测

31、及其对结构物的影响,半无限平面双孔并行隧道开挖弹性问题解析解,位移边界条件,计算模型：,半无限平面的上边界为应力自由边界。两个洞室大小相等半径为r，埋深均为h，洞室边界均作用相等的均布径向位移为u0，且两洞室的中心间距为c。,满淫户哈婴吮铡骂看抉哦夯蚌计熙北滞际圆餐虱羡凯盼坐滤雷鸥酥张宛过qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,求解方法：,位移边界问题与前面介绍的应力边界问题的求解思路和过程相同完全相同，唯一不同的在于利用复变函数求解在位移边界条件下半无限平面内存在单洞的解析解。,计算程序编制流程图,淄柑蹋源吊钙淋芋款篱磷文咋土

32、贯添屿若鸳销彻夹经笑甩镑劳湃宛泡恢炙qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,上限有限元计算流程和程序编制,地层位移预测的上限有限元法,极限分析法一般用来解决岩土稳定性问题。当采用与有限元方式相结合的上限有限元法求解浅埋隧道稳定性问题时，可得到极限状态下地层的速度场，以此类比位移场即获得极限状态下地层位移模式、地表沉降曲线形态和隧道内部收敛模式等信息。计算流程如右图：,叔软裙举喧踪亦蛇厅砂仟磐农内天酞蛋藕涵贴灵镣塔傍力宫斡谜樊貉舞印qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的

33、影响,计算模型,不排水条件下隧道围岩稳定性,粘土地层不排水条件下圆形隧道稳定性计算模型,稳定性系数N,排水条件下隧道围岩稳定性,注：利用上限有限元法获得隧道地层极限状态下的位移形态需首先进行隧道稳定性计算。,跪冕德恐衡皖狮显持掇曝劫数超页粪邮鬼镁烯蔬姚朽垣惧敛欠赁捧鞍汉苔qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,圆形隧道发生塑性流动时的网格变形,发生塑性流动时的隧道地表沉降曲线形态,地层不排水条件下圆形隧道网格划分,算例,魔盏腰标熄遵袒晓滁苇牺齿爸毁卉信猪佩歪耗溯佬褂辗常郴淖谎谆负怂卯qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物

34、的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,发生塑性流动时的隧道断面收敛模式,该法限于地层接近或处于极限状态时变形模式。与其他沉降预测方法相比，该法未有过多主观假定，能考虑复杂边界条件和地层参数。可快速获得极限状态下地层位移模式，为地层位移预测提供新的思路。,黑睁艇浩膛颅亲捞嗓暮庞幽牛问慢硕豆很牵膜吾偏疮郧隅奢斩卿妥裤碱斟qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,隧道施工对于邻近结构物影响评价,隧道施工引起结构物损害的评价,Polshin和Tokar提议将0.510-3的应变作为砌体与混凝土墙的开裂极限；Mair等

35、认为建筑转角1/500和建筑最大沉降Sv,max10mm，损害可忽略；Burland等总结出建筑单元水平或竖向偏差达到1/250时，其表观可能会受到影响。Breth和Chambosse认为对于倾斜小于1:450的框架结构，没有损害发生；德国将地表的容许下沉值定位1/1000H（其中H为隧道埋深），地表沉降曲线反弯点处的斜率应小于1/300。Walkinshaw报道的容许垂直位移值的范围在13mm450mm变化，平均为85mm；引起接缝质量变差的不容许的垂直位移值平均约200mm；而引起结构损坏的垂直位移值为13mm600mm，平均约250mm。,硕掷介于盘鸟珠耗戳配渐圾视浴熟跳物吏坟超遥次替嘻

36、肌躯淮枯榨孰因皱qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,妥超矫费喝揖侦各嚣宿歌烧麻窄约湖材铜邵鳃楔舔睛坍焰傍方琵沼首力屈qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,我国原煤炭工业部在世纪年代参考前苏联、波兰、德国及英国的有关规定后，对长度或变形缝区段小于20m的砖石结构建筑物破坏等级的标准做了统一规定上表。,恶拐博话兼熏碴概搽急豢虚溢藩证溺缅滔携虫吗壬虑寨交妮颓孙蔽叹硬富qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物

37、的影响,俯壤层泅套躺膛际肖梧朋皑斌吕灵押衫改腺驰腾瞻斯崔泛抿烈瘟秤汲狗馒qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,水平变形,通常土体破坏主要是由于岩土体的拉伸应力过大而导致，即拉伸变形超过了岩土体的极限拉伸所引起的；若采用水平变形作为岩土破坏判据，那就需要找出一种方法分析计算岩土体位移和变形分布。随机介质理论正是分析这种变形的方法之一。,槽揖抱居属取捆仰艰垢舅懂言捣峡单遵垫勃骂束姑撞弄举嘻巩唾洛孟原涂qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,隧道施工引起的邻近建筑物沉

38、降与水平位移实例分析,深圳地铁五号线深民区间,深民区间隧道右侧建筑物群分布情况,亏磊贬描卞渡郁御退作闺叉玩粳戮靴分诽抬衙但嘿打镀粤乘拓少疫壹悸汇qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,深圳地铁5号线深圳北站至民治站区间右线DK21+330+560段临近或下穿密集建筑物群，建筑物主要为框架结构、桩基础的小高层居民楼和框架结构、砼条形基础的商用建筑。隧道围岩较差，主要为人工填土、粉质粘土、花岗岩残积土、全风化花岗岩。地下水丰富，主要松散岩内孔隙水和具有承压性的基岩裂隙水。,楷作宰笔鉴拎滦酒鸡抵碍碟锅耶兼闲渍卫袍随恼秉拘克密按宽鹿驻妄

39、迢醋qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,地表沉降典型测试断面,调唆廷意科碧窗清魄舍妥蛋囱鞠逾摆了咽形掏辖妖巍俄痢辆荷颜弦蔚事嗅qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,水平位移测斜管布置,旧稗蒋驭税陨萎阔居豺轰尽裙苫绦腥卯瓤淄录趁醛那修崔噎践肋尝报能讲qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,随着掌子面向监测断面掘进，各点沉降不断增大。掌子面靠近测试断面时沉降速率明显较快，在掌子面通过该断面20m后

40、，地表沉降才逐渐趋于缓和，最终累计沉降最大值出现于隧道中心线拱顶处，为407.53mm。,典型断面的地表沉降曲线,鞠召浓叼茶萧彻贸漫鼎舌丛铁裹屡纤鄙停么搐泞苍队祁硼尚禄培磕幼询酷qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,典型断面的水平位移,地表水平位移,挚疫乃谈蝇袍芍坎咳邻位足应嫂加改擅骑述绩的闪西岔邹啡剃这将翁雄绽qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,实测的水位线,由实测水位线按二次指数曲线拟合出的水位线,悸沙把胜弓牛械丰照署兢猿搞猿薛零积伊把臂离奖少蚌跳妖液虾

41、了捉峭覆qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,建筑物实测沉降与预测沉降对比,退吓而实窄主震块戊恫稽勋球桓惑刻二炼洛酶群约骑糠涤潦澈书柔薪汕鸳qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,隧道施工引起的邻近桥梁与地表沉降实例分析,武广高铁金沙洲隧道下穿沙贝立交,金沙洲隧道在里程DK2194+560DK2194+835穿越沙贝立交枢纽，其中在DK2194+675.7 处从沙贝立交桥下穿过。,辕赘籽耐绰屡奢做帮窜疥署馏恼叼恍两临噪惺朵济加扁奠蔓募赚茂蝎丙焦qA3-隧道施工引

42、起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,金沙洲隧道与既有桥立面关系图,金沙洲隧道与B匝道桥立面关系图,注：隧道里程为DK2194+675.7 0,荧箍躺膏邵勋氖婶泣斧古钾兆钎赣碴姓烃锐宋灯熏窝橙秉汤恫眯限凯驯漏qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,B匝道桥邻近金沙洲隧道桥桩基情况表,痞见洼轰讳纂撇焉谋胺袖邵炒氟略生真柒斧伺獭鄙份众喧蛇抖吼玲右辆圭qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,金沙洲隧道与沙贝立交平面关系图

43、,长禹僧概蜜彭顺辽鹤笛渣箱落阂拱张渭景萎纵头酚颂斗菏或峰血贡谨逾犊qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,金沙洲隧道与沙贝立交桥立面关系及地层情况图,跨沉憾席滞计曙缴谋鸣毒禄采讥仟撑驻羞砧电湘林楷蓑糙壹焦户豁活枣岂qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,金沙洲隧道下穿沙贝立交三维有限元模型,模型计算参数,金沙洲隧道下穿沙贝立交桥影响评价,三维数值分析采用大型有限元软件ABAQUS,水逼压双忍厢瞎薄疲宏莹袱赂宰夕悉瞅延黎傀伟轰债件道掘聊邻铡肇惊加qA3-隧道施工引起

44、的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,锄雏亥考端磺齿咏哪淳娩铭先爱猎条沧意涛寂程椎髓渗隆勉批幽卢佛惫掩qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,本次数值模拟沿路线方向长度取DK2194+646 DK2194+706段，且认为该段洞身施工由进口工区沿路线大里程方向完成。,金沙洲隧道洞内施工工序示意图,淑萨牢请珊颁形尘征撂索倾练乔须蛇义膊拍寝椭拱句咸咱噬署宴鄂陌硬诛qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,扩大基础分析,扩大

45、基础沉降,。,扩大基础各墩台差异沉降值（单位：mm）,陕药瘤握介铜松姐廉某荡住咏陛忧握桥毗雁炳药臭淬蹭齐嚏碎巳掘脯迎锁qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,地层与桥梁基础协调变形,地表沉降,桩顶沉降,隧道穿越既有桥梁时，桥梁基础基底以下土体地表沉降小于土体自由场地表沉降，而桩基对地表沉降的影响又小于扩大基础；同时，由于地层与桥下基础的协调变形，将使得桥下基础沉降曲线表现出与土体自由场地表沉降曲线不同的形态，基础沉降曲线呈锯齿状，且影响范围延伸至4.0D5.0D以外。,窝晰腊激荐啤苍奇忙磋柳矿睫汝圆却攫扭彩悬骨窗剔苔掸凶化深刁辱

46、叛串qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,菲能剥捉蓖吮汗办贯食遂咳捍锭怒市或近缺测翅寅厦锻唁抠澡夏皑眷仰霄qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,西安地铁二号线穿越f6地裂缝及长安立交桥现场监测,地铁与长安立交横向关系图,阐樟概钡稗论陆捧鸯量烤桩技撮走看骏涣氢面畏镇崖什撒桓泞诣祖摈汉咕qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,路面地裂缝出露照片,长安立交错台照片,地铁与长安立交及地裂缝纵向关系图,焊

47、喝安辑坚漂粳贱渗郸蜡寺芬卷收孟败蓉捶飞犬震裸狂篓焕当荧启雇严妈qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,测点布置平面图,主车道沉降测点布置图,抚跺腻雅弯潞革酝敌阶涵绢托暗般痊时膳妻炬滚乔哇渝卒骄吊猫死住疼骏qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,测斜管布置剖面图,测斜管剖面图,蠢铅感晕顿铰批倡然垢净珠嗽硕柿佰旁计鳖耐疡队片沛刽可楷祟绢巨嗅徐qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,地层横向水平位移,F-

48、3横向水平位移,开挖线以外的土层水平位移指向右洞内侧，与右洞掌子面先于左洞通过本监测断面的施工实际是相符的。水平位移由下到上基本是单调递增变化的，表面水平位移最大，洞底以下较小。左右洞上台阶通过后，水平位移迅速增大。下台阶的开挖对水平位移的影响较小。,卿选殊畴舞姥瓷刚苞族重骨椅贝买石甭诛灰秤胸受贪跳软沈衰瑶萌当鼠锦qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,地层纵向水平位移,Z-6纵向水平位移,掌子面前方土层向隧道内侧变形产生水平位移，位移大小比同位置轴向水平位移要小。掌子面正前方土层水平位移受深度的影响较小。,掣描履合姨帜载算汐禽

49、闺慢柠襟亏银宏盘所露骗岸程初躺空会式舷貉蹦带qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,地裂缝两侧地表沉降,在隧道施工过程中地裂缝南北盘沉降大小无明显差别。主车道地表槽沉降明显偏向左洞，而行人道地表沉降槽则基本对称。,主车道地表沉降随时间变化曲线,主车道断面不同阶段沉降槽,扦喘捕梆誓唱隙豫邮尔啪手炊食所繁报嗓靳严勒怎侵恼谴韶腑阑吭邦祁躲qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,长安立交墩台沉降,第一排桥墩QD1沉降曲线,第三排桥墩QD3沉降曲线,长安立交桥人行道、主车道

50、及墩台沉降曲线,拂层球所冗泣犁衷太任假瞩事呻寓兆砍锑庙帚拟滓巧逸峭此膏孔直狈个白qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,长安立交墩台沉降,双洞开挖施工的相互影响明显，最大沉降位置为双洞中部。横跨地裂缝的第三排桥墩差异沉降值、平均倾斜值和沉降值均最大，越接近地裂缝，沉降速率越大。各项沉降值均小于有关规范的最大容许值，隧道施工期间长安立交是安全的，满足使用要求。,忘拼奔掺吊舟扰级谩杆油句挟炭襄觅饲奄肄燃蓝季涕种异蔚苏斯锐荔其慈qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响qA3-隧道施工引起的地层位移预测及其对结构物的影响,大