城市隧道基坑開挖對下臥運營地鐵區(qū)間的影響分析

在深基坑工程施工中,基坑降水開挖會使得周圍土體產(chǎn)生沉降。特別是當(dāng)基坑鄰近既有地鐵區(qū)間隧道時,其開挖過程對隧道變形的影響更應(yīng)得到重視。以沈陽地鐵二號線鄰近的恒隆廣場深基坑工程為背景,通過有限差分軟件flac3d進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:富水砂層地質(zhì)條件下,降水開挖后地表沉降整體值并不是很大;通過不考慮流固耦合和考慮流固耦合的對比分析,得出不能忽視降水對周圍土體擾動及區(qū)間隧道變形的作用;區(qū)間隧道主要以水平位移為主;在施工中,要著重對與基坑距離最近的右線隧道進(jìn)行監(jiān)測。

基坑開挖對下臥運營地鐵隧道影響的數(shù)值分析與變形控制研究_鄭剛

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，深基坑與隧道工程的數(shù)量明顯增多，基坑的開挖必將對臨近隧道產(chǎn)生影響。以某既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間與臨近基坑工程為例，運用midas軟件對基坑施工過程中對隧道變形影響進(jìn)行模擬，并給出了施工措施建議。結(jié)果表明：基坑開挖會引起隧道產(chǎn)生變形，變形規(guī)律也與基坑距離遠(yuǎn)近密切相關(guān)。

結(jié)合工程實例,運用土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用有限元計算原理,對基坑開挖時由于土體應(yīng)力釋放和降承壓水作用對地鐵區(qū)間隧道的影響進(jìn)行了計算分析,并提出降低其影響的建議及措施,可供類似工程參考。

臨近基坑的地鐵軌道會因為基坑的開挖而產(chǎn)生位移和變形,這將影響到軌道交通的運營安全。以長沙某深基坑工程為背景,通過劃分不同的施工階段,用plaxis軟件模擬分析了在該項目的基坑開挖過程中,鄰近地鐵區(qū)間的土體位移和管片變形的發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明:隨著開挖的進(jìn)行,地層最大豎向位移發(fā)生在基坑底部,最大水平位移發(fā)生在基坑頂部,地鐵隧道處的地層位移變化較??；地鐵管片離基坑越近,變形越大。

針對復(fù)雜周邊環(huán)境下的深基坑開挖,運用三維有限元計算軟件模擬深基坑開挖施工全過程,分析了不同工況下深基坑開挖對廣州地鐵6號線的影響,為今后類似周邊環(huán)境下深基坑開挖奠定了基礎(chǔ)。

根據(jù)上海軟土地區(qū)的20個案例,分析總結(jié)了隧道變形的一般規(guī)律。重點分析了影響隧道隆起和沉降的影響因素,并得出各影響因素與隧道豎向位移的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上對隧道隆起和沉降最大值進(jìn)行了預(yù)測。預(yù)測結(jié)果顯示隧道隆起和沉降與基坑開挖深度、隧道頂覆土厚度、基坑開挖面積等參數(shù)密切相關(guān),實測值基本符合線性函數(shù)。

地鐵附近的基坑施工是影響區(qū)間隧道及地鐵車站正常運營的一個重要性因素。若施工方案不當(dāng)或保護(hù)措施不夠,很可能引起區(qū)間隧道發(fā)生過大的不均勻變形。針對基坑開挖對地鐵區(qū)間隧道的影響評價,本文提出了一種數(shù)值方法與解析方法相結(jié)合的新方式。首先利用縱向剛度等效和橫向剛度等效原則建立了模擬區(qū)間盾構(gòu)隧道的三維等效連續(xù)化模型,實現(xiàn)較為精確且方便的三維彈塑性有限元分析;然后采用三次多項式曲線進(jìn)行擬合,分析基坑開挖各工況下隧道的縱向變形曲率的變化;另外,利用解析推導(dǎo)建立縱向彎矩和管片接頭環(huán)縫張開量之間的關(guān)系,從而實現(xiàn)在三維彈塑性數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上結(jié)合解析推導(dǎo)的全面評價,為地鐵區(qū)間隧道的運營階段保護(hù)提供參考。

以某盾構(gòu)隧道上方近距離基坑開挖為背景,建立了基坑開挖對鄰近盾構(gòu)隧道襯砌內(nèi)力影響的二維數(shù)值分析模型,對實際施工工況進(jìn)行模擬,動態(tài)地分析了施工過程中基坑變形及開挖對盾構(gòu)隧道襯砌內(nèi)力的影響,研究結(jié)果表明:基坑開挖對下臥盾構(gòu)隧道有較大影響,需在施工中加強對盾構(gòu)隧道的監(jiān)測與控制,基坑框架和內(nèi)墻對于改善盾構(gòu)隧道位移和內(nèi)力有明顯的作用。研究結(jié)論可為優(yōu)化設(shè)計和施工提供了有益的參考。

基坑開挖引起下臥地鐵區(qū)間隧道上浮控制研究——基坑開挖對其下部的地鐵區(qū)間隧道有明顯的影響。上海軌道交通7號線浦江南浦路站——浦江耀華路站區(qū)間的中間風(fēng)道基坑工程位于地鐵區(qū)間隧道的上方，坑底距隧道頂?shù)淖钚【嚯x僅為9m?；娱_挖對該地鐵區(qū)間隧道上浮影響...

結(jié)合實際工程,利用有限元方法,對基坑開挖對下伏地鐵區(qū)間影響進(jìn)行數(shù)值分析,指導(dǎo)設(shè)計和施工,有關(guān)經(jīng)驗可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

上海外灘修建地下通道——外灘通道,通道南段采用明挖法施工,在延安東路路口與已建的延安東路隧道產(chǎn)生交叉跨越問題。外灘通道基坑坑底與延安東路南、北線隧道拱頂距離僅為7.1m與5.4m,基坑開挖必然使下臥運營隧道產(chǎn)生附加變形以及附加內(nèi)力。為了研究外灘通道開挖對下臥延安東路隧道的影響,以及評價不同隧道保護(hù)措施的效果,通過三維有限元軟件plaxis-gid進(jìn)行四組模擬,包括無隧道保護(hù)措施的工況、采取土體加固措施的工況、基坑開挖過程中在坑底進(jìn)行堆載的工況以及同時進(jìn)行土體加固和堆載的工況。實際工程中同時采用土體加固和堆載這兩種措施來保護(hù)隧道,現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與對應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果具有較好的一致性。分析表明:基坑開挖將對下臥隧道產(chǎn)生很大的影響,且影響范圍較大,約為6倍基坑寬度,施工中采取合理的隧道保護(hù)措施是十分必要的。

長沙田漢大劇院地下空間商業(yè)項目一期基坑工程位于地鐵1號線某區(qū)段正上方,坑底距隧道頂?shù)淖钚【嚯x約為6.2m?；涌拥孜挥趫A礫層中,地下水較豐富,考慮到降水對周邊環(huán)境的影響,基坑工程采用封閉式止水帷幕并設(shè)置抗浮錨索?；娱_挖、降水引起的土體卸荷、地下水滲流,以及施工的抗浮錨索,共同影響坑底土體回彈,從而對下臥地鐵隧道產(chǎn)生影響,如何分析與計算其影響成為該項工程的重點和難點。為此先通過兩種常用的回彈變形估算方法計算坑底回彈量和隧道隆起位移;然后利用midasgts有限元軟件建立三維數(shù)值分析模型,分別進(jìn)行3種工況的模擬,包括不考慮地下水滲流影響并不采用抗浮錨索工況,考慮應(yīng)力滲流耦合但不采用抗浮錨索工況,考慮應(yīng)力滲流耦合并采用抗浮錨索工況。對比分析表明：帷幕滲透率較低時,考慮應(yīng)力滲流耦合與不考慮滲流影響的坑底回彈和隧道隆起位移模擬結(jié)果基本一致;規(guī)范推薦估算方法在合理修正其卸荷應(yīng)力,并確定合理的卸荷影響深度后,其計算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相近。所得成果可為優(yōu)化設(shè)計和施工提供有益的參考,并為類似工程提供借鑒。

第25卷增刊巖土力學(xué)vol.25supp.2 2004年11月rockandsoilmechanicsnov.2004 收稿日期：2004-04-30 作者簡介：王衛(wèi)東，男，1969年生，博士，高級工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，主要研究方向為深基坑工程設(shè)計理論與方法、高層建筑地基礎(chǔ)工程。 文章編號：1000－7598－(2004)增－0251－05 基坑開挖卸載對地鐵區(qū)間隧道影響的數(shù)值模擬 王衛(wèi)東，吳江斌，翁其平 （華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海200002） 摘要：上海新金橋廣場基坑工程位于地鐵區(qū)間隧道的正上方，坑底距隧道頂?shù)淖钚【嚯x僅

研究目的：與既有地鐵隧道上下重疊建設(shè)的基坑工程日益增多,基坑開挖卸荷對下方既有地鐵隧道的影響是該類工程中不可忽視的問題。本文結(jié)合工程實例,采用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,分析基坑開挖深度、土層特性等方面對下臥隧道的影響,并總結(jié)基坑開挖卸荷對下方隧道在結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力等方面的發(fā)展態(tài)勢和變化規(guī)律。

在深圳市桂廟路快速化改造工程施工過程中,前海段下沉式隧道需要采取明挖基坑的方式長距離平行上跨既有的地鐵11號線隧道,而基坑開挖會使下臥隧道產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形和附加受力,從而影響隧道的運行安全。借助數(shù)值分析軟件,對基坑施工過程進(jìn)行動態(tài)模擬,對比分析了不同旋噴樁地基加固情況下基坑開挖對下臥隧道的受力和變形影響。在此基礎(chǔ)上,提出了合理的地基加固寬度和深度,把地鐵隧道變形控制在規(guī)定范圍內(nèi)。最后,通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,驗證了所提地基加固方案能有效控制下臥隧道的變形,并為以后類似工程的設(shè)計與施工提供了借鑒和參考。

越來越多的基坑開挖鄰近既有地鐵線路,這就對基坑支護(hù)及既有地鐵線路的保護(hù)提出了極高的要求。基于天津某鄰近既有地鐵線路的基坑工程實例,對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到:使用對撐可以減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形且對撐的線剛度對其約束變形的能力影響很大；隨著基坑開挖的進(jìn)行,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移逐漸變大,變形模式也由懸臂形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)凸形；基坑開挖會對鄰近既有地鐵線路產(chǎn)生影響,由基坑開挖引起的隧道結(jié)構(gòu)隆起變化規(guī)律受地下連續(xù)墻變形模式影響較大。

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)逐漸完善,地鐵隧道在其正常運營階段不可避免地要受到各種新建工程活動的影響,其中包括基坑工程。文中以上海地鐵二號線南側(cè)越洋廣場項目基坑工程為背景,采用三維快速拉格朗日法,對基坑開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明,在基坑開挖過程中,基坑周圍土體變形以豎向位移為主,地鐵隧道的變形以水平位移為主。同時,對基坑底部土體進(jìn)行預(yù)加固措施,可明顯減小基坑開挖對地鐵隧道的影響。

以長沙市軌道交通3號線一期工程土建施工項目火車站站下穿既有地鐵2號線的基坑開挖工程為背景,建立了三維數(shù)值模型,對基坑開挖方案、施工順序及對既有線路的影響等進(jìn)行了全過程的動態(tài)模擬,得到了基坑開挖過程的位移變化云圖。模擬結(jié)果表明,基坑開挖過程中最大位移值均分布在基坑開挖面上,其原因是由于基坑開挖卸載而引起基坑底部隆起。此外,南北兩側(cè)基坑不對稱開挖均會引起既有2號線結(jié)構(gòu)的不均勻沉降,其最大值達(dá)4.2mm;而兩側(cè)同時開挖,則可確保卸載平衡,使既有2號線結(jié)構(gòu)位移變化均勻一致,其最大值約為2.75mm,有利于2號線安全運營。工程實際監(jiān)測結(jié)果表明了數(shù)值模擬研究結(jié)果的正確性,該方法可以用來對類似問題進(jìn)行研究。

本文以北京地鐵鄰近的基坑工程為基礎(chǔ)，通過數(shù)值計算和第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)，研宄基坑的開挖對鄰近既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明鄰近地鐵新建基坑的開挖會對既有地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，靠近基坑的部位受影響最大，利用數(shù)值計算方法可得出不同施工階段既有結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。但現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)小于數(shù)值模擬數(shù)值，且其豎向變形和橫向變形規(guī)律與數(shù)值模擬結(jié)果不盡相同，這與新建基坑現(xiàn)場水文地質(zhì)條件和施工情況的復(fù)雜性以及結(jié)構(gòu)本身的特性有關(guān)。

隨著我國城市建設(shè)的不斷完善,城市隧道的建設(shè)對于我國城市基礎(chǔ)設(shè)施的完善起了重要的作用,基坑開挖關(guān)系到城市地鐵建設(shè)的穩(wěn)定性和安全性,加上城市中的隧道建設(shè)越來越多,城市地下的基坑開挖會影響到周圍地質(zhì)土壤的穩(wěn)定程度,并且導(dǎo)致坑周圍的底層發(fā)生移位的現(xiàn)象.由此可知,基坑開挖影響到鄰近地鐵的結(jié)構(gòu)和安全性,需要對影響的因素進(jìn)行分析,并針對這些安全隱患提出相應(yīng)的解決對策.

基坑開挖對鄰近地鐵變形的影響分析