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。     

基坑开挖对邻近既有下卧隧道的影响分析

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.     

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。     

土石混合体地层中基坑开挖对邻近既有隧道影响

为解决土石混合体地层中基坑开挖引起的隧道响应问题,基于离散单元法采用数值模拟手段进行研究。采用颗粒流数值计算软件PFC2D对土石混合体微观结构、隧道管片结构及基坑围护结构进行精细化建模及施工过程模拟,并针对隧道位于基坑开挖引起的主动土压力区及被动土压力区两类位置条件下,地层含石率w对基坑开挖引起的隧道结构响应影响规律进行系统性研究。结果表明:隧道位于基坑开挖主动土压力区时,量值大于60%前提下的含石率提升导致隧道周围逐渐形成具备较好抗剪性能的连续块石骨架体,从而抑制侧面开挖引起的隧道结构响应。隧道位于基坑开挖被动土压力区时,量值小于75%前提下的含石率的提升对上方开挖引起的隧道结构响应起到抑制作用;含石率大于75%时,含石率的提升无法为上方开挖引起的隧道结构响应提供抑制作用。     

基坑开挖对邻近地铁区间隧道结构安全的影响分析

为研究基坑开挖卸荷对邻近地铁区间隧道所带来的附加变形及附加应力的变化规律,以青岛某邻近地铁基坑施工项目为例,对基坑开挖和主体结构施工工况进行模拟分析,得到不同施工步骤下地铁隧道的位移变化情况和受力状况.研究结果表明：既有区间隧道结构各向位移随基坑开挖深度的增加而增大,最大达2.14 mm,为水平侧向位移;主体结构施工后,由于外部荷载的及时补充,隧道结构各向变形得到抑制,减小至1.91 mm,满足规范控制要求.该基坑开挖期间施工工况不影响地铁的正常运营,但施工过程中应注意各施工步骤间的衔接.     

隧道开挖对邻近土体位移影响的数值分析

在城市修建地铁的过程中,隧道洞口开挖会不可避免地对隧道洞口周围的土体产生影响。采用有限差分软件FLAC3D来分析由于隧道开挖而引起的土体位移。在数值模型中,假设衬砌为线弹性材料;而土体则是由Mohr--Coulomb破坏准则控制的弹塑性材料。将采用有限差分软件计算得到的土体位移结果同采用解析法以及经验法得到的位移结果进行对比。并结合不同土层刚度以及衬砌刚度的情况,来分析以上两个因素对土体位移的影响。经过分析得到的结果表明：（1）通过有限差分软件计算得到的地表土体沉降曲线能够与采用解析法以及经验法得到的沉降曲线很好的吻合,但是采用数值方法得到的沉降曲线相对较宽并且较浅。（2）在上软下硬土层中,地表土体的最大沉降值将变大而沉降曲线将变窄;而在上硬下软土层中,地表土体的最大沉降值将变小而沉降曲线将变宽。（3）随着衬砌刚度的增大,土体的位移将会减小。     

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.     

基坑开挖对邻近高速公路的影响分析

以合肥地铁一号线6号风井为例,分析了基坑开挖对邻近高速公路的影响.采用FLAC3D对6号风井开挖过程进行数值模拟,通过数值模拟与现场监测数据进行对比,得出数值模拟的结果与现场监测的结果相差不大,且变化趋势基本相同,验证了数值模拟的可靠性.随着基坑开挖的不断推进,高速公路路基的沉降量和水平位移量都在不断增大,当开挖到坑底时,路基的沉降量和水平位移量都达到最大值.成果规律可为同类工程提供参考.     

深基坑开挖引起的土体变形模拟

采用FLAC3D软件对某深基坑开挖引起的坑底隆起及地表变形进行了数值模拟.计算中采用摩尔库仑弹塑性模型模拟土体特征,采用接触单元模拟土体与基坑围护结构之间的相互作用.通过模拟开挖过程,获得了不同开挖阶段的地表沉降、坑底隆起和墙后土体水平位移资料,可供工程设计和施工参考.     

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.     

基坑加固扰动引起地铁隧道隆起变形

针对如何控制上方基坑底部加固扰动引起下卧地铁隧道的变形、确保地铁安全运营的问题.结合上海市浦东新区东方路-张扬路地下立交工程,在考虑隧道等效刚度、施工卸荷以及加固抑制回弹的效果等因素的基础上,对上方搅拌桩施工扰动引起正在运营地铁隧道的竖向隆起变形进行了机理分析,推导出基于Winkler模型计算隧道竖向位移的方法并进行了理论计算.结果表明:上层加固扰动引起隧道的竖向位移是非常可观的,需引起足够重视.并将计算结果和实测数据进行了对比.在此研究基础上提出了一系列控制上层搅拌桩施工引起运营地铁隧道位移的施工方法.     

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。     

基于Plaxis的相邻基坑开挖相互影响数值分析

以上海外滩公共绿地及地下空间项目为背景,采用HS small土体本构模型,运用有限元软件Plaxis,建立相邻基坑开挖模型,模拟分析了不同施工顺序对基坑水平变形的影响。结果表明:基坑最大水平位移受施工顺序的影响较小;在开挖较浅时受到先施工基坑的影响比开挖较深时受的影响要大。     

隔离桩对盾构掘进引起邻近高铁桩基水平位移的影响分析

在城市建设过程中,盾构隧道开挖对邻近既有高铁桩基产生较大威胁,在隧道和高铁桩基之间打入隔离桩可以有效减小盾构掘进对高铁桩基的影响。在研究桩土相互作用领域中,Winkler地基模型和Pasternak地基模型得到了广泛的运用。基于这两种地基模型,采用差分法,利用Maple数学运算软件对某实际工程案例分析,将计算结果与已有工程监测数据进行对比验证,并深入分析隔离桩各项参数对高铁桩水平位移的影响。结果表明,当隔离桩弹性模量较小时,Pasternak地基模型计算结果比Winkler地基模型更加精准;随着隔离桩桩径的增大,高铁桩基水平位移显著减小;在隔离桩桩体参数不变的条件下,缩短隔离桩与隧道中心线的水平距离能减小高铁桩基的水平位移。