侧向土体影响下盾构隧道引起上覆管线变形

目前盾构隧道开挖对邻近管线影响的理论研究一般基于Winkler地基模型和Pasternak地基模型,较少考虑精度更高的Kerr地基模型及管线侧向土体影响对管线变形的约束作用. 将管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Kerr地基模型上,利用差分法得到盾构隧道引起上覆管线竖向位移半解析解,在此基础上进一步推导考虑管线侧向土体影响的Kerr地基模型差分解. 通过与已有工程案例和离心机数据对比,验证Kerr地基模型相比于其他地基模型的优越性,也验证了考虑管线侧向土体影响的Kerr地基模型计算结果更加符合实测数据. 参数分析表明, 随着隧道开挖地层损失率和土体弹性模量的增大,管线的竖向位移和弯矩均增大;随着管线与隧道夹角的增大,管线的竖向位移和弯矩均减小.     

既有单桩在邻近基坑开挖下的水平向响应简化分析

为了探究既有单桩在邻近基坑开挖作用下的水平向响应规律,提出基于虚拟镜像技术的基坑开挖引起邻近单桩水平向响应解析解. 发挥基坑围护结构变形易于实测的优势,借鉴虚拟镜像技术,考虑土体位移的实际情况,修正土体的等量径向移动模式,推导出土体非等量径向移动模式下基坑开挖引起的坑外土体水平位移场. 基于Pasternak双参数地基,引入修正地基反力模量以考虑埋深效应,利用两阶段法,将土体水平自由位移场视为外荷载施加于邻近单桩,建立在邻近基坑开挖扰动下既有单桩的水平向位移控制方程. 与三维有限元数值模型、既有理论解及已发表案例的工程实测数据的对比,验证该方法的正确性及适用性. 参数分析表明：提高地基反力系数和单桩抗弯刚度有助于减小单桩最大水平位移;当桩与基坑间距较远时,单桩最大水平位移几乎不再受自身抗弯刚度的影响.     

素土开挖边坡变形计算方法研究

土坡的变形是判断其是否安全的重要监控指标,文章提出了虚拟开挖应力的概念模拟土体开挖状态,通过等于2倍静止土压力的虚拟释放应力还原非弹性半无限体的开挖状态至弹性半无限体状态,建立了基于Mindlin解的素土边坡变形计算方法;利用编制的程序讨论了不同因素对素土边坡变形的影响.结果表明:素土边坡土体的最大侧向变形点约在边坡0.75倍开挖深度位置,其最大竖向变形点为靠近侧壁约为0.3H的位置,随着土体内摩擦角的增加边坡变形呈近似线性减小,随着边坡坡角的增大其侧壁最大侧向变形也逐渐增大.     

考虑管土分离的基坑开挖引起邻近地下管线位移分析

在城市建设中,深基坑开挖会对邻近既有地下管线产生较大威胁。目前,基于有限元数值模拟和传统弹性地基梁模型分析方法无法考虑由于管线与土体之间刚度和变形的差异性而造成的管土相互分离现象,使得对于基坑开挖引起管线变形的预测偏于不安全。基于Pasternak弹性地基梁理论,引入管土相互分离计算模型,推导了基坑开挖引起的邻近管线变形计算解析解。参数分析结果表明,管线最大位移随管土分离段长度的增大而增大,且当管线抗弯刚度较小时,土体剪切作用对管线变形影响较大。通过理论计算结果和有限元数值模拟结果及现场实测数据的对比,验证了分析模型的适用性。     

渗流作用对卵石地层隧道基坑及邻近管线影响

依托洛阳市周山大道下穿隧道深基坑工程，结合周边复杂环境及水文地质条件，研究渗流作用对卵石地层隧道基坑及邻近管线的影响规律。采用MIDAS GTS NX软件建立模型，结合现场监测分析了开挖过程中基坑周边土体位移、地表沉降值、支护变形规律，以及基坑开挖和降水对邻近管线变形的影响，并将数值计算结果与现场监测数据进行对比分析。结果表明：围护结构水平位移整体为前倾曲线，随嵌入深度先增大后减小，最大位移为13.94 mm,位于桩身中部，并在规范允许范围内；降水期间地表沉降程度加剧，与基坑距离1.5倍设计开挖深度以上时沉降几乎占据总位移60%以上；开挖深度超过6 m时邻近管线较上一工况最大沉降差为3.35 mm,竖向变形整体为下沉形态，位移最终呈现两端小、中间大的结果，具有明显空间效应。     

坑周土压力与土体变形关系的试验研究

用武汉地区具有代表性的粉质粘土,在等压固结条件下进行保持轴向应力1σ不变、卸载侧向应力3σ的排水试验,模拟基坑开挖过程中坑周土体的应力路径,探索应力-应变关系的变化规律.研究表明：侧向卸荷应力路径下,该土样轴向和侧向的应力-应变关系呈双曲线型,且轴向破坏应变大于侧向破坏应变;一般轴向切线变形模量大于其侧向切线变形模量值.     

考虑地基变形连续的基坑开挖诱发邻近盾构隧道位移预测

从工程实际出发,建立考虑基坑坑底及侧壁卸荷作用的基坑开挖引起的附加荷载计算模型;基于Mindlin解给出由基坑开挖所引起的邻近隧道处的竖向附加荷载;引入能考虑隧道任意埋深效应的修正基床反力系数, 将既有隧道简化为搁置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,进而提出基坑开挖下邻近既有隧道响应的简化计算方法. 所提方法能考虑隧道埋深效应以及地基剪切效应,与工程实际更为接近. 通过与三维有限元以及2组已发表工程实测数据的对比,验证所提简化计算方法的合理性与适用性. 针对地基弹性模量、地基剪切模量、隧道纵向等效抗弯刚度、隧道-基坑夹角、隧道埋深、隧道-基坑间距以及基坑几何形状等主要参数对隧道纵向位移的影响进行系统分析. 结果表明：隧道与基坑平行工况下的隧道最大位移是垂直工况下的1.60倍;提高隧道纵向抗弯刚度可以有效减小隧道的最大位移,但这种“削弱作用”会随隧道-基坑间距的增大而减小;随着隧道埋深、隧道-基坑间距的增大,隧道最大位移呈非线性递减规律;基坑的“长开挖”会影响隧道的位移和隧道隆起范围,而“短开挖”则主要影响隧道的位移. 研究成果可以为较为合理地预测既有盾构隧道在邻近基坑开挖下的响应规律提供理论支持.     

合肥地区深基坑开挖对邻近管线影响分析

为了研究合肥地区深基坑开挖对邻近管线的影响规律,选取合肥市某地铁车站深基坑作为研究载体,运用FLAC~(3D)有限差分软件对实际工程进行数值模拟。根据计算结果研究管线整体变形规律和管线应力分布状况,重点分析开挖工序、管线材料、管线直径、管线位置对管线内力变形的影响。研究结果表明:在基坑开挖过程中,管线出现向基坑侧变形的趋势。基坑端部区域的管线变形最小,基坑中部区域的管线变形最大。在相同的开挖支护条件下,管线材质、直径和位置对管线应力变形影响较大。管线材料的刚度越大,管线整体变形越小而应力越大;管线直径越大,管线整体变形越小,应力值也越小;管线与基坑的间距越大,管线变形越小,应力值也越小;管线水平位移和应力值随着管线埋置深度的增加而逐渐增大,当增大到最大值后又逐渐减小;管线的竖向位移随着管线埋置深度的增加则逐渐减小。     

城市深基坑开挖对邻近多层建筑物的影响

城市深基坑开挖会对周边环境特别是浅基础建筑物的变形和安全产生影响。以南京市某深基坑工程为例,研究了基坑开挖对邻近多层建筑物变形的影响。首先建立了基坑的数值模型,将计算结果与实测值进行对比,验证了选取的材料参数与模型的合理性,然后对坑边多层建筑物的条形基础进行了模拟分析。结果表明：当有邻近条形基础存在时,围护墙的水平位移和坑边地表沉降均明显增大;邻近条形基础受开挖产生的附加沉降大于水平位移;增加基坑内支撑的数量可以使条形基础的附加沉降减小约14%。随着基坑与坑边距离的增加,土体竖向和水平位移的变化规律并不相同,当浅基础位于距坑边0.3He～1.0He(He为开挖深度)范围时,其沉降受开挖影响较大,距坑边较近时（<0.8He）,土体水平位移呈现内凸形。当浅基础距离坑边超过1.0He后,土体水平位移明显减小。     

软土相邻基坑支护结构受力影响特征及机理研究

通过对软土中相邻基坑在交叉施工条件下相邻区域围护结构监测数据的分析,明确了围护结构受邻近基坑开挖施工影响受力变形的发展特点.结合全工况有限元模拟,考察了交叉施工对相邻支护结构的影响机理,并对支护结构上土压力受交叉施工影响进行了分析.研究得出如下结论:受邻近隧道基坑开挖卸载影响,相邻基坑间有限土体位移场有向较深侧基坑"倾...     

上海软土地区某逆作法地铁深基坑变形

以上海软土地区某逆作法地铁车站深基坑项目为工程背景,通过分析现场监测数据,研究逆作法深基坑的变形性状及对周围环境的影响.研究结果发现:该基坑变形表现出显著的空间效应:中间标准段围护结构最大侧移的统计范围为(0.25%~0.45%)H,明显大于端头井的(0.10%~0.25%)H,中间标准段立柱隆起的上限为0.26%H,明显大于端头井的上限0.18%H,中间标准段开挖引起的管线沉降明显大于端头井开挖引起的管线沉降;既有地下结构对基坑变形有明显的遮拦效应,导致中间标准段西侧的围护结构侧向变形较小;基坑开挖导致邻近浅基础建筑物发生较大的沉降,甚至破坏建筑物的结构整体性,引发墙体开裂;受软土流变特性的影响,浅基础建筑物和地下管线都产生一定程度的工后沉降.     

隧道开挖引起水平向位移被动桩的简化计算方法

目前,大部分盾构隧道开挖对邻近桩基影响的理论研究是将被动桩简化成单参数的Winkler地基模型和双参数的Pasternak地基模型,较少考虑计算精度更高的三参数Kerr地基模型。基于Kerr地基模型建立被动桩的水平挠度控制方程,结合盾构隧道开挖施加的水平附加应力,利用差分法计算得到盾构开挖对邻近桩基的数学矩阵解析表达式,进而得到被动桩的水平变形位移半解析解。两个工程实例表明,Kerr地基模型比Winkler、Pasternak地基模型的计算结果与实测数据更接近。参数分析表明：随着隧道直径的增大,被动桩水平位移会增加;增大桩基的直径,被动桩水平位移会减小;对于桩底以下隧道开挖情况,增大桩基与盾构开挖的水平距离和竖向净距,被动桩水平位移均会减小。     

基坑周边超载作用位置对基坑变形的影响

结合实际深基坑工程,基于数值模拟计算,通过改变基坑周边超载距围护结构的距离,分析了超载作用位置对基坑围护墙体侧移、周围地表沉降和坑内土体回弹的影响.结果表明:超载在墙外距离(0.2～0.5)H范围内引起的围护结构水平变形最大;距基坑0.2,H处超载对地表沉降有较大影响,且离基坑较远的超载会引起地表出现两个沉降槽;坑内土体回弹主要受开挖控制,超载作用对其影响不大.     

某邻近地铁隧道深基坑施工监测分析

基坑开挖中的土体卸荷效应会引起支护结构及周围地层的变位,从而对周边环境产生不利影响.对某邻近地铁区间隧道的深基坑施工进行了全过程跟踪监测,及时反映不同工况下基坑围护结构变形、支撑轴力及立柱回弹的变化特征,分析了基坑施工对周边环境特别是对邻近地铁隧道的影响.监测结果表明:围护结构的变形增量主要发生在基坑深层土体开挖阶段,开挖至坑底后变形趋于稳定;围护结构变形与支撑轴力具有关联性,围护结构的侧向变形越大,相应位置支撑的轴力也越大;坑底土体卸荷隆起带动立柱回弹,基坑中部回弹较大,基坑边角和施工栈桥附近回弹较小;开挖卸荷引起基坑附近一定范围内地表沉降和深层土体隆起,带动相邻地铁隧道上抬;基坑施工对邻近地铁隧道竖向变形的影响比对水平变形的影响更明显.     

墙锚支护下某病房综合楼基坑变形的数值分析

为研究数值方法在模拟深基坑支护结构变形中的应用,利用FLAC3D对某墙锚支护下的基坑开挖进行了模拟,分析了边开挖边支护工序下基坑北侧墙顶水平位移和紧邻的门诊楼沉降的变形情况,得出基坑周边土层由距离基坑的远近依次呈现较小和较大沉降的规律;坑底土体最大隆起产生在基坑中部,并以此为中心依次减小;连续墙顶水平位移随开挖不断增大,并存在两次位移急剧增长的情况,最终达到稳定;门诊楼监测点距离基坑越近,监测点的沉降越大.最后将模拟结果与监测数据对比,两者基本吻合.     

邻近工程施工卸载再加载对已建盾构隧道影响的风险分析

基坑开挖和上部结构施工引起的卸载和再加载会使邻近已建盾构隧道产生一定位移与变形.以上海已建地铁盾构隧道侧向和上方受基坑开挖和结构施工引起的卸载和再加载工况为背景,利用数值模拟方法,分析了隧道侧向和上方不同区域开挖和结构荷载施加过程中隧道的整体位移和隧道结构变形的发展规律.结果表明,隧道侧向与上方卸载,会使隧道位移与结构变形产生不同幅度的增加;而侧向与上方再加载,会减小因卸载而产生的隧道位移,但会增加部分隧道管片结构变形.因此只有综合分析隧道的位移与结构变形,才能合理预测分步卸载、再加载对已建盾构隧道的影响规律,减小因工程施工引发的已建盾构隧道结构安全风险.     

渗流对基坑变形及应力的影响

目的研究基坑的变形和应力在分步开挖的过程中受渗流的影响,分析基坑的变形和应力在考虑渗流和不考虑渗流时的差别．方法对基坑开挖卸荷与支护的过程用Fish语言编程,用FLAC3D进行数值模拟实际施工情况．在考虑渗流影响和不考虑渗流影响两种情况下,首先计算了基坑的水平位移数值解,并将坑顶位移的计算值和实测值对比,计算分析了坑底隆起和周围土体应力应变受渗流的影响．结果渗流会使基坑水平位移、竖向位移和周围土体沉降值增大,这对于基坑稳定是不利因素．渗流最明显的作用是使基坑内部和外部的水平位移都有所增大．渗流作用使基坑支护结构外侧土体竖向有效应力增大,使坑底支护结构内侧土体的竖向有效应力减小,因而增大了土体作用在支护结构上的横向作用力．结论渗流会使基坑的水平位移和坑底隆起变大,也会使周围较远的地面沉降值增大,同时会增大土体作用在支护结构上的横向作用力．     

隔水帷幕对深基坑降水开挖变形控制的影响

依托杭州沿江大道地下综合管廊深基坑工程,土体采用HSS模型进行有限元数值模拟,分析基坑降水开挖下基坑及邻近管线的变形,模拟结果与监测结果吻合较好,验证了有限元计算模型和参数选取的合理性。基于模拟提出隔断式基坑降水优化方案,并研究稳态渗流下隔水帷幕插入深度不同时基坑及邻近管线的变形响应。结果表明：随着悬挂式隔水帷幕深度加深,坑内外水头差线性增大,围护结构侧移峰值线性增大,管线竖向位移、坑外地表沉降线性减小;相较于悬挂式隔水帷幕,隔断式隔水帷幕对控制基坑降水引起的坑外地表沉降及邻近管线变形均有着显著优势,但对于围护结构变形控制则不利。     

基坑开挖对围护结构变形的影响

深基坑开挖可能引起围护结构及周围土体的变形。以上海长江西路越江隧道新建工程为例,根据实际土层分布建立基坑体系的几何模型,使用Ｍｏｈｒ-Ｃｏｕｌｏｍｂ模型表征土的本构关系,基坑开挖采用分步开挖方式,使用有限元分析软件Ａｂａｑｕｓ进行基坑开挖过程的数值模拟,分析基坑施工过程中地下连续墙水平位移与周围地表沉降的变化特征,对比研究了现场监测数据与数值模拟结果。结果表明：基坑开挖导致地下连续墙水平位移增大５１％,基坑开挖工程中应注意不同位置基坑施工对环境的影响;基坑开挖对周围地表最大影响位置是距基坑边０.５倍开挖深度处。     

地铁车站深基坑动态施工过程变形规律与数值仿真分析

以南京地铁虹桥站深基坑工程为依托,结合土体开挖过程中基坑各项监控量测数据,利用FLAC 3D软件建立车站深基坑的三维数值仿真模型,对基坑的开挖和支护动态施工过程进行模拟,对比研究数值仿真的变形计算结果与监控量测数据,研究结果表明:(1)地连墙水平位移在墙身范围内,大致呈"弓"形,随着基坑的开挖而呈非线性增加,位移峰值出现在基坑开挖工作面附近。(2)地表土体受基坑开挖的影响范围主要在基坑边1H(H为基坑深度)范围内,不同工况下沉降曲线大致呈抛物线形,且沉降峰值呈线性增加,峰值沉降发生在0. 5H附近;在同一工况条件下,随着时间的推移,不同距离位置处的土体位移呈现不断重分布的过程,但整体曲线仍呈"凹"形。(3)基坑隆起量也与基坑开挖过程有关,土体的最大隆起量发生在基坑中轴线附近,随着开挖深度的增加隆起量呈非线性增加。(4)支撑的架设对围护结构的变形和土体的沉降控制能起到良好的正面作用,延迟支撑架设对变形的发展极为不利。