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.     

基坑开挖对邻近隧道纵向位移影响的计算方法

基坑开挖卸荷会对邻近隧道产生影响,因此有必要对隧道的变形进行预测,确保隧道正常运行。针对目前计算模型的分析方法未考虑基坑壁应力卸荷对隧道位移的影响,以及有限元分析过程较为复杂繁琐,提出采用Mindlin解计算基坑壁与坑底卸荷的附加应力。然后将隧道结构视为弹性地基无限长梁,将开挖引起的附加应力施加于隧道结构上,建立隧道结构纵向变形方程,从而得到隧道位移及内力的计算公式。最后,将计算方法与数值模拟算例、工程实测进行对比分析,计算结果与其较为吻合。     

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。     

考虑深基坑支护结构变形的邻近管线变形解析方法

深基坑开挖对邻近地下管线水平变形影响显著.首先,考虑柔性支护结构侧向位移对基坑侧壁卸载松弛应力分布的影响,对既有侧壁卸载力学计算模型进行改进,并利用Mindlin解计算出基坑开挖卸载引起的邻近管线水平附加应力.在此基础上,基于Pasternak地基模型建立了管线水平变形方程,分析了侧向卸载应力路径对Pasternak模型参数取值的影响,得到管线水平变形解析解,并将计算结果与实际工程监测数据进行对比.最后,对基坑与管线之间距离、管线埋深、土体侧向卸载模量3个参数对管线水平变形的影响进行详细分析.结果表明：计算结果与监测数据相吻合.管线水平变形曲线距基坑边缘2H附近存在拐点,水平变形迅速减小.当管线纵向超出基坑开挖范围2H时,几乎不产生水平变形.基坑坑角附近管线水平变形为最大水平变形的0.5～0.6倍.基坑与管线之间的距离对管线最大水平变形值有显著影响,管线最大水平变形值随着距离的增大呈现“先急后缓”的非线性减小.在距围护结构的距离与基坑深度比值为0.5～1的范围内,随着管线的埋深和土体侧向卸载模量增大,管线最大水平变形逐渐减小.     

软土地基长条形基坑施工对既有邻近隧道的变形影响

以杭州某邻近既有盾构隧道的软土地基狭长基坑开挖为工程背景,采用PLAXIS 3D软件模拟并结合现场实测分析了狭长基坑分区开挖对邻近既有地铁隧道的变形影响。研究结果表明:随着基坑分区开挖的进行,A2基坑开挖后隧道区间最大位移发生在上行线中部,数值模拟显示隧道收敛变形最大值为2.6 mm,既有隧道现场实测收敛变形最大值为2.0 mm,验证了分析模型的正确性。上述结论说明狭长基坑采用分区开挖结合坑内搅拌桩加固,可以有效控制基坑开挖引起的周边环境位移水平。     

考虑剪切变形下盾构隧道引起上覆管线变形分析

近邻上覆既有管线进行盾构开挖会引起管线产生附加变形,进而会影响到既有管线的安全。这方面的理论研究,大多数将既有管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Winkler和Pasternak地基模型上,未考虑管线的剪切效应及三参数Kerr地基模型对管-土相互作用的影响。基于此,提出了一种可预测管线纵向变形的解析方法。采用Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体自由竖向位移,把土体自由竖向位移附加在既有管线轴线上,将既有管线简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁,管-土相互作用采用Kerr地基模型,基于提出剪切层弯矩的计算假设,结合管线两端的边界条件获得管线在盾构隧道下穿作用下受力变形响应。工程案例研究结果表明：与既有文献存在的理论分析方法比较,该方法计算得出的理论解析结果更加贴近实测数据;与Euler-Bernoulli梁计算结果比较, Timoshenko梁给出的计算结果更具有优越性。进一步参数研究表明：随着既有管线剪切刚度的增大,管线抵抗变形的能力逐渐增大,这会导致隧道下穿引起的管线变形逐步减小,但会引起管线内力反向增大;随着地层损失率增大,既有管线受到的外力逐步增大,使得管线变形及其内力也逐渐增大;随着管线直径的逐渐增大,管线在隧道下穿作用下引起的管-土相互作用力逐渐增大,最终导致既有管线所受到的应力应变也会增大。     

基坑开挖对邻近既有下卧隧道的影响分析

随着城市化的发展,骑跨于邻近地铁隧道之上的基坑开挖工程越来越多,在基坑开挖过程中如何更好的控制对既有隧道变形的影响是一个亟待解决的问题。本文运用ABAQUS有限元软件,对下卧地铁上、下行线隧道顶、侧、底面的水平和竖向位移进行了三维数值模拟计算和对比分析,结果表明：基坑开挖对邻近既有下卧隧道的变形影响明显,位于基坑中部位置以下的隧道竖向位移相对较大,靠近基坑边缘位置的隧道水平位移相对较大;同一隧道顶部位置的竖向位移大于侧面和底部的位移,隧道侧面的水平位移大于顶、底部的位移;受基坑开挖卸荷的影响,隧道的自身变形表现为竖向直径增大,水平向直径减小。对位于既有隧道上方的基坑开挖要引起关注。     

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。     

地面荷载作用盾构隧道纵向力学行为

基于弹性地基梁理论建立了地面荷载作用下的盾构隧道结构的纵向内力模型,该模型可以预测出地面集中荷载或均布荷载作用时地下盾构隧道产生的纵向附加沉降变形和内力,并且计算结果与有限元计算结果相吻合。同时对不同软土的基床系数、埋深和刚度对盾构隧道的纵向力学行为进行了分析。结果表明:在地面荷载作用下,盾构隧道的埋深、软土的基床系数对盾构隧道的力学行为影响较大。在地面荷载作用下,如果盾构隧道的埋深较小或者土层强度很弱,会导致盾构隧道产生较大的附加沉降变形和内力,甚至使结构破坏。因此在设计中应尽量避免软土层中浅埋盾构隧道情况的发生,必要时应该对软土地层土进行地基加固处理。     

考虑隧道剪切效应的隧道下穿对既有盾构隧道的纵向影响

将既有隧道简化为能考虑隧道剪切效应的Timoshenko梁,提出在隧道开挖作用下既有隧道纵向响应的解析解答.通过两阶段分析法,分析隧道开挖过程中既有隧道的变形及内力响应.基于修正的Loganathan和Polous地层位移理论,预测新旧隧道成任意夹角情况下隧道开挖引起的自由土体沉降分布;把隧道开挖引起的自由土体沉降施加于既有隧道之上,并基于Timoshenko梁理论,建立考虑隧道剪切效应的既有隧道纵向变形微分平衡方程;通过有限差分法求得在自由土体沉降作用下既有隧道纵向变形及内力数值解答.收集2个已发表工程实测数据,并与所提方法和Euler-Bernoulli法得到的计算结果进行对比.通过对比分析发现,实测结果与两者计算结果有良好的一致性;相对于所提方法,基于Euler-Bernoulli梁的计算结果明显高估了隧道的弯矩、剪力及接头张开量;所提方法能有效模拟既有隧道剪切效应,因而可进一步得到隧道开挖作用下的既有隧道错台量.研究成果可为合理预测隧道开挖对既有隧道影响提供一定的理论支持.     

临近隧道基坑开挖中土体加固的敏感性分析

结合某软土地区基坑开挖对邻近隧道纵向影响保护方案,利用ABAQUS动态模拟基坑开挖对临近隧道纵向变形及隧道断面弯矩的影响,对比分析坑内三轴搅拌桩土体加固强度与加固深度作为保护方案的敏感性。分析得出:随着加固强度的增加,隧道纵向位移有显著减少,达到一定值后,约束作用明显减弱;加固强度的增加对隧道纵向截面弯矩影响较弱;加固深度对隧道的变形有明显的抑制作用,但并非加固深度越深越好;地下连续墙、被动土体加固对临近基坑开挖引起的位移具有阻断作用;针对本案例,提出最优加固强度200 MPa及加固深度6 m,这既能对隧道变形起到很好抑制作用,又能实现最优的经济效益。     

隧道开挖对邻近桩基影响的两阶段分析方法

隧道开挖过程中必然引起周围土体的侧向移动,从而使邻近桩基产生水平变形和附加弯矩。目前有限元数值模拟法建模与计算过程较为繁琐,为了解决隧道开挖下桩土相互作用问题,基于Winkler地基模型,采用两阶段分析方法,建立了隧道开挖条件下被动桩受力分析模型,推导出桩土相互作用控制方程,并基于有限差分思想给出近似解的形式。最后结合工程实例表明,该近似解与现场监测数据较为吻合,能够有效地分析隧道开挖对邻近桩基的影响。     

基坑开挖对下方近距离隧道的保护

随着城市建设的高速发展,出现了不少在地铁隧道上方的基坑开挖,特别是相互间距离很小的情况,如何采取有效措施控制隧道的变形,是值得摸索和研究的课题.在已经完工的上海东方路下立交过程中,依靠有针对性的设计和施工措施,使距其基坑底下3 m的地铁2号线隧道得到了很好的保护.通过对这些工程措施的总结和分析,并对比基坑开挖过程中的"横向"时空效应,将施工中采取的这些措施很大程度上归结为基坑开挖"纵向"时空效应的体现.实践证明,通过充分发挥基坑开挖时的"纵向"时空效应,能有效控制基坑的"纵向"的变形.同时,文章中总结的工程措施对以后的类似工程起到相当的指导作用.     

基坑开挖对临近基坑地铁高架结构变形的影响

以苏南地区临近城市轨道交通结构的基坑工程为例,通过三维有限元模拟施工过程,反演适宜模拟该基坑施工过程的计算参数,并在此基础上研究不同开挖距离、基坑规模、开挖深度、基坑数量和施工工序的基坑施工对临近地铁高架结构的影响。结果表明：基坑与结构水平间距小于2H（H为基坑深度）时,结构横向变形发展大于竖向,水平间距为1H时,桥墩水平位移和沉降达到最大;地铁高架桥桥墩附加变形伴随着基坑宽度的增大而迅速增大,当基坑宽度大于8H时,影响迅速减小;基坑开挖深度对基坑中线4H范围内的桥墩影响最大,尤其是开挖深度超过10 m后;多个基坑施工引起的结构变形表现出明显的非线性叠加效应;多基坑施工工序对结构总变形略有影响。     

An analytic study on the deflection of subway tunnel due to adjacent excavation of foundation pit

Predicting and estimating the response of subway tunnel to adjacent excavation of foundation pit is a research focus in the field of underground engineering. Based on the principle of two-stage method and incremental method, an analytic approach is suggested in this paper to solve this problem in an accurate and rapid way, and the upheavals of tunnel due to adjacent excavation are solved by analytic method. Besides, the presented method is used in the practical engineering case of Shenzhen Metro Line 11 and verified by numerical simulation and in situ measurement. Finally, a parametric analysis is performed to investigate the influence of different factors on tunnel’s deflection. Some useful conclusions have been drawn from the research as below: The deflection results of tunnel obtained from analytic method are nearly consistent with the results getting from numerical analysis and measured data, which verified the accuracy and rationality of presented method. The excavation size has a significant impact on both the displacement values and influenced range of tunnel. However, the relative distance only impacts the displacement values of tunnel, but not the influenced range of tunnel. It may provide certain reference to analyze the deflection of subway tunnel influenced by adjacent excavation.

     

基坑开挖邻近隧道水平形变位移规律

基于水平基床系数的变化提出“水平形变位移”这一概念,将隧道拱腰水平位移可分为三部分,利用PLAXIS 3D有限元软件进行分析,并拟合得到最大水平形变位移与基坑宽度、水平距离的关系公式。研究结果表明,水平形变位移随隧道与基坑水平距离的增加呈指数关系降低;当水平距离大于一倍基坑深度时不考虑基坑宽度的影响。本研究所推导的水平形变位移计算公式可用于计算临近基坑开挖的隧道水平收敛值、隧道拱腰的水平位移、隧道附近的水平基床系数。     

软土结构性对基坑开挖及邻近地铁隧道的影响

为了研究软土地基结构性改变对基坑开挖围护墙变形、地表沉降及其邻近地铁隧道位移和弯矩的影响,针对宁波粉质黏土,采用在重塑土中掺入盐粒和不同质量分数水泥的方式制备人工结构性土,开展一维压缩试验和三轴试验研究原状土与人工结构性土的工程特性,分别通过压缩性指标、抗剪强度指标和结构屈服应力验证和建立水泥质量分数与土体结构性之间的联系;采用Plaxis2D,分析土体结构性改变对基坑开挖过程中围护墙水平位移、地表沉降及其邻近地铁隧道的影响. 研究结果表明,当水泥质量分数为2%时,其压缩性指标、抗剪强度指标和结构屈服应力与原状土基本一致;随着土体结构性降低,扰动度增加,围护墙水平位移、地表沉降和隧道位移急剧增大,其中隧道对于土体扰动度最为敏感,位移增长趋势最为明显,当扰动度为39%时,隧道位移会超过规范允许值;当隧道距离基坑较近时,由于隧道的约束作用,围护墙水平位移和地表沉降较小,但是隧道位移和弯矩会相应增大.     

隧道埋深及开挖方法对于二衬支护时机的影响

为了研究隧道埋深和施工方法对二衬支护时机的影响,以广梧高速公路牛车顶隧道为工程背景,建立数值计算模型,分别改变隧道埋深和施工方法,得到相应的隧道二衬支护时机.结果表明：通过数值计算,可定量得到二衬及掌子面之间的允许距离和埋深的关系;当埋深较小时,二衬与掌子面的允许距离随着埋深的增加而增加;当埋深超过某一限值时,隧道二衬与掌子面的允许距离基本不变;开挖工法对二衬与掌子面间的允许距离影响比较显著,而对仰拱与掌子面的允许距离影响很小.随着开挖断面分部的增加,开挖对围岩的扰动减小,因而可以适当延缓构筑二衬时机.若选取Ⅲ级围岩中的全断面开挖法作为参考基准,则围岩中二衬与掌子面的允许距离将由于选择不同工法需进行修正,相应的修正值为：全断面法1.0,上下台阶法和中隔壁法均为1.5.