基坑開(kāi)挖對(duì)下伏地鐵區(qū)間影響數(shù)值模擬及控制措施

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(jiǎn)介：王衛(wèi)東，男，1969年生，博士，高級(jí)工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，主要研究方向?yàn)樯罨庸こ淘O(shè)計(jì)理論與方法、高層建筑地基礎(chǔ)工程。 文章編號(hào)：1000－7598－(2004)增－0251－05 基坑開(kāi)挖卸載對(duì)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(jì)研究院有限公司，上海200002） 摘要：上海新金橋廣場(chǎng)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

本文依托蘭州地鐵1號(hào)線五里鋪站附屬物業(yè)開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目，采用有限元建模分析了基坑施工對(duì)其下臥地鐵區(qū)間隧道變形及內(nèi)力的影響，對(duì)設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行了評(píng)估并對(duì)后續(xù)的工程設(shè)計(jì)提出了建議。

以蘇州某臨近地鐵4號(hào)線寶帶東路站基坑開(kāi)挖為背景,運(yùn)用abaqus有限元計(jì)算軟件模擬基坑開(kāi)挖各階段,分析了各工況下的結(jié)構(gòu)及區(qū)間的變形,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果,表明數(shù)值計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果較為接近,說(shuō)明參數(shù)及邊界條件選取合理,可為類(lèi)似工程參考借鑒.

在深基坑工程施工中,基坑降水開(kāi)挖會(huì)使得周?chē)馏w產(chǎn)生沉降。特別是當(dāng)基坑鄰近既有地鐵區(qū)間隧道時(shí),其開(kāi)挖過(guò)程對(duì)隧道變形的影響更應(yīng)得到重視。以沈陽(yáng)地鐵二號(hào)線鄰近的恒隆廣場(chǎng)深基坑工程為背景,通過(guò)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(kāi)挖后地表沉降整體值并不是很大;通過(guò)不考慮流固耦合和考慮流固耦合的對(duì)比分析,得出不能忽視降水對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)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(duì)與基坑距離最近的右線隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

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(kāi)挖必將對(duì)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(yùn)用midas軟件對(duì)基坑施工過(guò)程中對(duì)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(kāi)挖會(huì)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(shí)例,運(yùn)用土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用有限元計(jì)算原理,對(duì)基坑開(kāi)挖時(shí)由于土體應(yīng)力釋放和降承壓水作用對(duì)地鐵區(qū)間隧道的影響進(jìn)行了計(jì)算分析,并提出降低其影響的建議及措施,可供類(lèi)似工程參考。

地鐵附近的基坑施工是影響區(qū)間隧道及地鐵車(chē)站正常運(yùn)營(yíng)的一個(gè)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(guò)大的不均勻變形。針對(duì)基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵區(qū)間隧道的影響評(píng)價(jià),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(shí)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(xiàng)式曲線進(jìn)行擬合,分析基坑開(kāi)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(kāi)量之間的關(guān)系,從而實(shí)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(píng)價(jià),為地鐵區(qū)間隧道的運(yùn)營(yíng)階段保護(hù)提供參考。

針對(duì)復(fù)雜周邊環(huán)境下的深基坑開(kāi)挖,運(yùn)用三維有限元計(jì)算軟件模擬深基坑開(kāi)挖施工全過(guò)程,分析了不同工況下深基坑開(kāi)挖對(duì)廣州地鐵6號(hào)線的影響,為今后類(lèi)似周邊環(huán)境下深基坑開(kāi)挖奠定了基礎(chǔ)。

本文以某城市隧道上跨某既有運(yùn)營(yíng)地鐵區(qū)間工程為研究對(duì)象,采用有限元軟件midas-gts對(duì)隧道基坑開(kāi)挖及支護(hù)施工過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程數(shù)值模擬,分析隧道基坑開(kāi)挖對(duì)下臥既有地鐵區(qū)間的變形影響規(guī)律,并提出相應(yīng)的地基加固及分步開(kāi)挖等措施控制地鐵區(qū)間的變形。

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(wèn)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(kāi)挖必然使下臥運(yùn)營(yíng)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(kāi)挖對(duì)下臥延安東路隧道的影響,以及評(píng)價(jià)不同隧道保護(hù)措施的效果,通過(guò)三維有限元軟件plaxis-gid進(jìn)行四組模擬,包括無(wú)隧道保護(hù)措施的工況、采取土體加固措施的工況、基坑開(kāi)挖過(guò)程中在坑底進(jìn)行堆載的工況以及同時(shí)進(jìn)行土體加固和堆載的工況。實(shí)際工程中同時(shí)采用土體加固和堆載這兩種措施來(lái)保護(hù)隧道,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與對(duì)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(kāi)挖將對(duì)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。

針對(duì)廈門(mén)地鐵深基坑周邊環(huán)境復(fù)雜、地表沉降及基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形要求嚴(yán)格的特點(diǎn),為確保施工安全,對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè),結(jié)合flac3d數(shù)值模擬進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)周邊地表沉降、基坑支護(hù)樁側(cè)向位移、支撐軸力進(jìn)行對(duì)比分析,分析結(jié)果表明,數(shù)值計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值相吻合。同時(shí),上述研究成果可為中山公園站深基坑工程的順利實(shí)施提供依據(jù)。

針對(duì)工程實(shí)例，介紹了緊鄰地鐵基坑工程的設(shè)計(jì)重難點(diǎn)，通過(guò)數(shù)值分析方法，計(jì)算了基坑開(kāi)挖引起的地鐵隧道的位移與變形，并通過(guò)該工程施工的監(jiān)測(cè)結(jié)果，論證了數(shù)值分析的結(jié)果，并提出一些可供參考的設(shè)計(jì)方法及技術(shù)措施。

隨著城市軌道交通工程建設(shè)的不斷加快,越來(lái)越多的工程將在既有地鐵線附近施工,新工程施工必然會(huì)對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響,以天津西站南廣場(chǎng)基坑工程為例,研究天津地區(qū)地鐵近接工程施工對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)數(shù)值分析的方法,采用plaxis對(duì)南廣場(chǎng)基坑開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行了模擬,通過(guò)計(jì)算結(jié)果分析近接工程施工對(duì)既有地鐵1號(hào)線西站站結(jié)構(gòu)的影響。計(jì)算表明,基坑開(kāi)挖對(duì)既有地鐵1號(hào)線西站站存在不利影響,基坑開(kāi)挖引起的結(jié)構(gòu)變形主要表現(xiàn)在水平位移,無(wú)論斷面1或是斷面2,基坑開(kāi)挖引起的水平位移均要大于豎向位移,豎向位移很小,可以忽略不計(jì)。

以合肥市新交通大廈地鐵車(chē)站深基坑工程為依托,利用flac3d有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算軟件,對(duì)該基坑開(kāi)挖和支護(hù)的全過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了基坑開(kāi)挖對(duì)周?chē)ㄖ锏某两底冃斡绊憽＝Y(jié)果表明,新交通大廈深基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑沉降影響不大。建筑沉降隨開(kāi)基坑開(kāi)挖深度的增大而增大,且沉降位移主要受基坑一、二、三層施工工況影響較大。

收稿日期：2012－06－25；修回日期：2012－12－13 作者簡(jiǎn)介：劉遠(yuǎn)亮（1980－），男（漢族），廣東人，廣東省建筑科學(xué)研究院工程師，地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)，博士，從事巖土工程數(shù)值模擬計(jì)算、巖土力學(xué) 和工程地質(zhì)等研究工作，廣東省廣州市先烈東路121號(hào)3號(hào)辦公樓206，liang801014@126．com。 基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵隧道影響的 midasgts三維數(shù)值模擬分析 劉遠(yuǎn)亮 （廣東省建筑科學(xué)研究院，廣東廣州510500） 摘要：隨著城市地鐵工程的高速發(fā)展，地面建筑物基坑的施工將必然會(huì)對(duì)鄰近的地鐵隧道造成一定的影響，運(yùn)用 midasgts三維數(shù)值模擬計(jì)算軟件分析基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵隧道的影響，對(duì)地層自重固結(jié)、基坑開(kāi)挖施工的整個(gè)過(guò) 程進(jìn)行模擬分析，計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比表明，該方法對(duì)實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞

在軟土地區(qū),深基坑的開(kāi)挖勢(shì)必會(huì)對(duì)鄰近建筑有一定的影響.由于基坑開(kāi)挖后,基坑底部以及周?chē)馏w內(nèi)應(yīng)力的重新分布,使得基坑周?chē)耐馏w沿著重力加速度方向和基坑方向產(chǎn)生一定的位移,而基坑內(nèi)的土體會(huì)向上隆起,產(chǎn)生了向上的位移.若受影響范圍內(nèi)的土體埋有地下建筑或是輸送管道,建（構(gòu)）筑物的安全當(dāng)是重點(diǎn)考慮的對(duì)象.本文以上海地鐵十一號(hào)線鄰近的西岸傳媒港地下空間（停車(chē)場(chǎng)及配套）項(xiàng)目深基坑工程為背景,通過(guò)有限差分軟件flac3d進(jìn)行了數(shù)值模擬.通過(guò)計(jì)算軟件分析了基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵隧道的影響,對(duì)地層自重固結(jié)、基坑開(kāi)挖施工的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了模擬分析.通過(guò)計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比表明,該方法對(duì)實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義.

以某商業(yè)基坑為研究對(duì)象,通過(guò)midas/gts軟件建立三維有限元模型,分析了基坑開(kāi)挖對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,地鐵結(jié)構(gòu)的最大水平位移和最大豎向位移都控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi),基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響較小;同時(shí),針對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)提出了相應(yīng)的處理措施,對(duì)同類(lèi)基坑的設(shè)計(jì)與施工有一定的指導(dǎo)意義。

對(duì)基坑在開(kāi)挖支護(hù)施工過(guò)程中的土體應(yīng)力和位移情況進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,對(duì)考慮與不考慮降水的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明兩者的位移分布規(guī)律相似,但降水有利于減小坑底隆起,降水時(shí)產(chǎn)生的地表沉降較大;隨著開(kāi)挖的進(jìn)行,基坑開(kāi)挖面以下土體單元卸載,內(nèi)支撐支護(hù)有效提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

針對(duì)上海某項(xiàng)目工程,運(yùn)用midasgts有限元軟件,分析了基坑開(kāi)挖對(duì)側(cè)向及底部近接隧道的位移影響規(guī)律。結(jié)果顯示,基坑開(kāi)挖主要造成側(cè)向隧道發(fā)生水平位移,對(duì)豎向位移影響不大,且水平位移隨著隧道與基坑間距的增大而減小,減小幅度逐漸變小。對(duì)底部隧道主要會(huì)引起豎向位移,水平位移可以忽略不計(jì),豎向位移隨著隧道與基坑間距的增大而減小,減小幅度呈增大趨勢(shì)。此外,對(duì)基坑周?chē)喙芫€存在情況進(jìn)行了安全分區(qū),通過(guò)分區(qū)對(duì)隧道管線進(jìn)行安全評(píng)估,并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

地鐵開(kāi)挖對(duì)近鄰管線的影響已成為地鐵工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。文章通過(guò)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)-土體-地下管線耦合作用的三維有限元分析模型,對(duì)深圳地鐵大劇院至科學(xué)館區(qū)間并行小間距隧道施工對(duì)管線的影響進(jìn)行了仿真分析,并結(jié)合有關(guān)管線安全性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地下管線的安全性進(jìn)行了預(yù)測(cè),得出了對(duì)施工有一定指導(dǎo)意義的結(jié)論

城市地鐵深基坑開(kāi)挖實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬分析——城市地鐵施工中由于周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑開(kāi)挖引起的土層擾動(dòng)，可能會(huì)造成建筑物及地下管線破壞，甚至引起基坑失穩(wěn)。以某地鐵深基坑工程為背景，借助flac3d，建立了基坑開(kāi)挖計(jì)算模型。通過(guò)改變模型參數(shù)，研究了圍護(hù)樁剛度...

結(jié)合某地鐵深基坑工程實(shí)際,采用flac3d數(shù)值模擬軟件建立基坑開(kāi)挖三維數(shù)值模型,考慮基坑的實(shí)際開(kāi)挖工序,對(duì)深基坑工程在開(kāi)挖過(guò)程中的變形特征進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,得到了不同工況時(shí)基坑變形場(chǎng),根據(jù)變形場(chǎng)結(jié)果分析得出了基坑各位置變形特征及最大水平、沉降變形量。