双线隧道开挖对邻近隧道影响的两阶段分析方法

随着我国很多大城市地铁隧道的兴建,大多数隧道设计施工方案都采用双线平行盾构法或暗挖法施工。在地下空间越来越拥挤的城市地区,最重要的研究问题是新建双线平行隧道对既有隧道产生的影响问题。合理预测双线平行隧道施工穿越既有隧道引起的变形是确保既有隧道结构安全和新建双线平行盾构的顺利掘进的关键。考虑新建双线平行隧道施工中对周边土层和既有隧道产生的叠加效应,提出了预测新建隧道引起的邻近隧道纵向变形的两阶段分析方法。首先,考虑新建双线平行隧道引起地层位移的不对称性,计算新建双线平行隧道开挖作用在既有隧道上引起的广义附加荷载。然后,将既有隧道考虑为Pasternak 地基上的Euler-Bernoulli梁,基于 Galerkin 法求解既有隧道纵向变形影响的基本微分方程。通过与工程沉降实测数据进行对比,验证该文提出的预测方法的合理性和结果的准确性。     

Prediction of tunnel displacement induced by adjacent excavation in soft soil

Deep excavation may have impact on the adjacent tunnels. The interaction between new excavations and existing tunnels has been increasingly serious with the rapid development of underground space and metro system in urban area. It hence creates a high necessity to predict tunnel displacement induced by nearby excavation to ensure the safety of tunnel. In this paper, a semi-analytical method to evaluate the heave of underlying tunnel induced by adjacent excavation is presented and verified by field measurement results. The influence of excavation and the resistance of tunnel are obtained based on Boussinesq’s and Mindlin’s solutions, respectively. Then the soil–tunnel interaction behavior is analyzed based on the displacement coupling condition by assuming the tunnel as an elastic beam. A visco-elastoplastic model (VEP model) is employed to simulate the rheologic deformation of soil. The behavior of the tunnel underneath excavation is studied by the new method to discuss the influence of different factors, including excavation area, relative distance and construction procedure. Results of case studies show a good agreement between prediction and measurements.     

敏感环境下深大基坑开挖实测分析及数值模拟

邻近已有地铁隧道的深大基坑的开挖是一项非常复杂的工程,开挖工程中如何能够安全地控制地铁隧道的变形尤其重要。对某邻近地铁区间隧道的深基坑施工进行全过程跟踪监测,及时反映不同工况下基坑围护结构变形、立柱回弹的变化特征;分析基坑施工对周边环境,特别是对邻近地铁隧道的影响,同时应用三维有限元分析手段,对地铁隧道在基坑施工过程中所产生的影响进行弹塑性分析。分析结果与工程实测数据比较吻合,表明整体有限元方法可以较好地模拟此类工程问题,从而为实际工程的设计施工提供一定的理论和计算依据。     

平行隧道开挖引起上方既有隧道的纵向变形研究

城市地铁隧道大多数采用平行双洞的布置形式作为隧道设计施工方案,根据不同的地层条件等因素采用盾构法或暗挖法施工。由于城市地下空间变的越来越拥挤,研究新建平行双洞隧道施工过程中对邻近既有隧道的影响程度问题显得尤为重要。本文基于两阶段分析方法研究预测平行双洞隧道开挖引起上方已建隧道的纵向变形的简化解析方法。首先,采用两高斯曲线叠加,计算新建平行双洞隧道施工引起的作用在既有隧道上的附加荷载。然后,将既有隧道考虑为Winkler 地基上的Timoshenko梁,建立既有隧道纵向变形的基本微分方程,并基于Galerkin 法进行求解。将本文提出的简化解析方法得到的结果与工程沉降实测数据进行对比以验证本文提出的预测方法的合理性。最后,进行了参数敏感性分析,研究了不同隧道相互位置、地层损失率、相对抗弯刚度和地层土性参数等对结果的影响规律。     

软土地区紧邻地铁隧道深基坑支护设计与实践

以上海竹园2-16-1地块项目深基坑工程为背景,介绍了邻近地铁的软土深基坑变形控制方法及其效果。根据基坑工程的特点,设计时采取了多种地铁保护专项技术措施,包括基坑分区实施方案、支护体系、钢支撑轴力补偿系统、坑内被动区加固、承压水控制措施等。结果表明:基坑各分区地下连续墙最大侧向位移小于上海软土地区基坑地下连续墙最大侧移的统计平均值0.42%H(H为基坑最大开挖深度),特别是靠近地铁侧的地下连续墙最大侧向位移接近上海软土地区基坑地下墙最大侧移的统计下限值0.1%H; 地铁侧坑外承压水位总体保持在比较平稳的水平,最大水位变化仅为0.72 m; 邻近的地铁隧道上行线和下行线的累计最大沉降量分别为8.2 mm和5.1 mm,均小于地铁下沉量允许值(20 mm),且隧道曲率半径满足控制值要求; 本基坑采用的系统变形控制措施有效地保障了邻近地铁的安全,其设计和施工方法可以为软土地区同类基坑工程设计提供参考。     

Three-dimensional numerical simulation of a mechanized twin tunnels in soft ground

The increase in transportation in large cities makes it necessary to construct of twin tunnels at shallow depths. Thus, the prediction of the influence of a new tunnel construction on an already existing one plays a key role in the optimal design and construction of close parallel shield tunnels in order to avoid any damage to the existing tunnel during and after excavation of the new tunnel.Most of the reported cases in the literature on parallel mechanized excavation of twin tunnels have focused on the effects of the ground condition, tunnel size, tunnel depth, surface loads, and relative position between the two tunnels on tunnel behaviour. The numerical investigation performed in this study, using the FLAC^3D finite difference element programme, has made it possible to include the influence of the construction process between the two tunnels. The structural forces induced in both tunnels and the development of the displacement field in the surrounding ground have been highlighted.The results of the numerical analysis have indicated a great impact of a new tunnel construction on an existing tunnel. The influence of the lagged distance between the two tunnels faces has also been highlighted. Generally, the simultaneous excavation of twin tunnels causes smaller structural forces and lining displacements than those induced in the case of twin tunnels excavated at a large lagged distance. However, the simultaneous excavation of twin tunnels could result in a higher settlement above the two tunnels.     

地铁隧道开挖过程三维物理模型动态试验研究

据相似材料大比尺三维概念物理模型理论,高仿真度制作了成型盾构隧道地铁站厅隧道开挖试验物理模型。模拟了双盾构隧道之间开挖站厅隧道的全过程,研究了站厅隧道、横通道开挖过程中模型地表沉降,土体的变形,盾构隧道及站厅隧道洞周特征点的位移。模拟并研究了混凝土加固桩对土体位移的影响,总结出土体的动态力学特征和变形规律,得出一些有益的认识和结论。对指导地铁施工、研究在已建成双隧道间拓展开挖站厅空间具有十分重要的意义。     

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.     

邻近地铁隧道的软土深基坑变形实测分析

上海外滩596地块超深基坑紧邻地铁9号线区间隧道及一系列管线和建筑物。为控制基坑施工对周边环境(尤其地铁隧道)的影响,本项目设计采取分坑顺作、两墙合一地下连续墙、钢支撑轴力补偿体系、被动区加固、抽条分块开挖等系列措施。实测结果表明,远离地铁侧的地下连续墙最大变形为45.6 mm,邻近地铁侧地下连续墙最大变形为17.2 mm,邻近地铁隧道的最大隆起量为12.9 mm。所采用的设计方案满足了地铁的变形控制要求。     

软土地区盾构掘进对已建隧道影响的研究现状

软土地区盾构近距离穿越已建隧道的工程近年来不断增加,尤其是运营中的地铁隧道其结构安全保护要求很高。在地铁不停运过程中,相邻穿越施工中稍有不慎都可能引发巨大的安全事故。穿越施工对地层及相邻隧道结构扰动的因素众多,机理复杂。本文归纳了国内目前类似施工的控制指标,对该类工程的研究现状、变形机理及影响因素进行了探讨。     

基于HSS模型的基坑开挖对近邻地铁影响数值分析

随着城市轨道交通网络的不断扩大,城市深基坑工程大多邻近地铁区域.基坑开挖将导致周围土体产生附加位移,当土体位移过大时,就会对邻近结构物产生不利影响,因此开展基坑开挖对邻近地铁隧道区域和车站安全性影响的分析研究具有重要的现实意义.以天津某地铁车站明挖基坑工程为例,运用有限元软件Plaxis 3D分析基坑开挖对邻近隧道区间...     

Influence of Benoto bored pile construction on nearby existing tunnel: A case study

The monitoring and analysis of lateral displacement for metro tunnels are very important because the metro systems are the lifeline of metropolises. This paper presents a case study of a site in Nanjing, China, where the Benoto bored piles were constructed nearby the existing tunnel. The construction technology, a combination of the Benoto bored piles construction and the conventional construction technology of circulating slurry, is illustrated in detail. The lateral displacement at six test sections were measured and discussed to assess the impact of piles installation on the stability and integrity of the existing tunnel. The measured results showed that during the construction period using the Benoto method, relatively large lateral displacement occurred at the depth with soft soil (Mucky silty clay), with characteristics including a large void ratio, high plasticity, poor permeability, high water content, low shear strength, and low modulus of deformation. During the construction period of the conventional Circulating-Slurry method, negative lateral displacement occurred below the tip of the casing due to the soil arching effect, indicating an inward movement towards the Benoto bored piles. The maximum lateral displacement decreased as the distance between piles and inclinometers increased, with a maximum difference of 45% at the end of the measurements. It was also observed that the measured maximum lateral displacement was less than the cumulative trigger value of 20 mm, indicating an effectiveness of Benoto bored piles constructed adjacent to existing tunnel. This case study may provide the means for a qualitative assessment for engineering constructions where the situation bears similarities.     

基坑开挖施工对邻近地铁影响的实测分析

对于运营地铁隧道邻近基坑施工必将导致地铁结构位移,对地铁隧道使用功能及结构安全产生影响.以上海地铁一号线邻近深基坑施工为工程背景,阐述了基坑施工对地铁隧道的工程风险控制措施,结合施工工况,对地铁结构变形及病害情况进行了分析,得出了隧道变形控制的若干结论.     

深基坑施工对紧邻地铁区间隧道结构影响分析

随着城市地铁建设步伐的加快和高层建筑大量涌现,城市高层建筑施工中进行基坑开挖必然引起周围地层移动,从而造成临近地铁隧道纵向不均匀沉降,最终对地铁正常运营产生一定影响。本文结合广州地区的一个实际基坑工程,人工挖孔桩施工对紧邻地铁区间隧道的影响、深基坑施工对紧邻地铁区间隧道的影响、水位下降对区间隧道二衬结构受力和变形的影响三个方面进行了分析。研究结果表明在现有的设计方案下,基坑施工不会对地铁隧道的结构安全和地铁的正常运营造成影响。研究成果为基坑的设计、施工及地铁的正常使用提供了依据。     

大断面顶管通道近接穿越下覆既有地铁隧道数值模拟与现场试验

南京某地下步行通道采用非开挖顶管法施工,顶管近距离穿越既有地铁区间隧道及城市主干道。为了保证隧道及主干道安全,施工前建立三维有限元计算模型,模拟施工全过程,预测施工可能引起的隧道及地表变形。根据数值模拟结果提出针对性控制措施,并制定合理的监测方案,分别对隧道竖向位移、水平位移、径向收敛和地表隆沉进行监测。基于监测数据分析隧道及地表变形规律,明确顶管施工期间隧道及地表变形的3个不同发展阶段。研究表明:隧道竖向位移主要表现为隆起,由通道内出土卸荷所引起,工作井基坑开挖对其影响几乎可以忽略;顶管施工过程中,下覆隧道竖向位移先后经历了初始下沉、隆起增强和隆起稳定3个阶段,地表竖向位移先后经历了隆起增强、隆起减弱和沉降3个阶段;同一监测断面内,地表最大沉降位于通道中心轴线上方,距离通道越远沉降越小;采用微欠挖工艺有效控制了隧道最终隆起和地表最终沉降。     

双线隧道不同布置方式下相互作用影响的地层位移解析

双线隧道开挖引起地层变形的既有理论研究,一般基于单线隧道计算结果直接采用线性叠加进行分析,而忽略了双线隧道之间的相互作用影响。为研究近距离地下工程开挖的相互影响,基于位移控制Schwarz交替法和复变函数理论,结合隧道洞周椭圆化收敛变形边界条件,提出了任意布置方式下双线盾构隧道开挖引起周围地层变形的计算方法。该方法以位移控制边界条件进行求解,体现了双线隧道开挖间的相互作用影响。通过离心试验和工程实例,将基于位移控制Schwarz交替法的复变函数理论解与线性叠加法解答以及实测数据进行了对比验证;针对双线隧道水平和斜交两种不同布置方式进行相关参数分析,获取了双线隧道间距变化引起的地层变形影响规律。结果表明:基于位移控制Schwarz交替法的复变函数方法求解得到的地表沉降曲线与实测值吻合较好,而直接线性叠加法解答存在较大误差。在地层等值线图规律分析中,水平与斜交布置下,两个隧道周围土体等值线图产生较为明显的相互"吸引"现象,隧道上方的土体沉降峰值线均向双线隧道中间倾斜,但随着双线隧道间距增加,"吸引"现象逐渐减弱。研究成果对于近距离双线盾构隧道开挖施工的现场保护措施制定提供一定的理论依据。     

砂土中隧道施工引起近接隧道位移的试验研究

新建隧道施工对近接隧道的影响,一直是隧道设计和施工中必须考虑的问题,但现阶段对此还没有一致的认识。为了进一步研究新建隧道施工对近接隧道影响机理,设计了能够模拟隧道分步开挖的室内模型试验装置,并用该试验装置进行了砂土地层中新建隧道施工引起近接水平平行隧道位移的试验研究。试验重点研究了两平行隧道间净距、埋深对既有隧道位移的影响。通过对试验结果分析,得到了既有隧道拱顶和靠近新建隧道一侧拱腰部位的位移发展规律。试验结果分析表明,新建隧道开挖会对既有平行隧道结构产生侧向挤压效应,隧道埋深和净距对既有隧道的位移都有影响,但隧道间净距变化对位移量的影响更大。当隧道间净距大于2倍隧道直径时,新建隧道开挖对既有水平平行隧道位移的影响非常小。研究成果可为砂土地层中近距离平行隧道设计和施工提供参考。     

软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多。盾构近距离穿越既有隧道的影响问题,比常规盾构施工的研究更为复杂。结合上海外滩通道盾构上穿越地铁 2 号线工程,采用离心模型试验与现场实测相结合的方法对盾构上穿越对周围地层及既有隧道的影响进行了研究。文中选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在国内首次实现了在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆过程,并分析了盾构上穿越施工引起的地层、新建隧道与既有隧道的纵向位移变化规律。通过现场实测数据分析了既有隧道在盾构上穿越过程中纵向变形与时程曲线的变化规律。     

双隧道不同开挖顺序对临近群桩的影响研究

双隧道不同开挖顺序对临近群桩承载性能的影响鲜有报道。针对此问题,采用基于地层损失比的位移控制有限单元法(DCM),对软土地基中不同埋深双隧道不同开挖顺序对处于工作荷载下群桩工作性能的影响进行研究,并与相关离心模型试验结果进行比较。得到以下结论:双隧道不同开挖顺序对群桩桩顶附加沉降和群桩承载能力损失影响差别显著,当先开挖上覆隧道时,群桩桩顶的附加沉降量为先开挖下置隧道时的1.25倍,且群桩承载能力的损失率约为后者的1.2倍;两工况中第二个隧道的开挖使得群桩中前桩附加弯矩和后桩附加弯矩均有明显的增大,此与分居群桩两侧但埋深相同的双隧道开挖对群桩弯矩的影响规律迥异;两工况下均产生较大的附加弯矩和附加轴力,且最大附加弯矩和最大附加轴力均位于上覆隧道轴线附近。     

某基坑支护方案对相邻地铁区间的影响分析

城市地下空间的发展经常会遇到基坑开挖影响地铁隧道安全的难题。本文结合工程实例,建立弹塑性土体-围护结构有限元计算模型,对两个基坑方案中邻近盾构区间隧道变形、隧道内力变化进行分析。结果表明:(1)地铁周边深基坑开挖对区间隧道影响与众多因素有关,属于较为复杂的土力学行为,因此,在设计阶段应对设计方案加以比选并进行有效地分析,以减小施工过程中对隧道的影响;(2)基坑与隧道的相对距离越大,基坑开挖对隧道影响越小。基坑支护结构水平位移最大值并不出现在坑底,而是坑底下一定范围内;(3)靠近地铁侧基坑需加强支撑,并需在基坑与隧道之间增加测斜监测。