基坑開挖對下伏地鐵區(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

本文依托蘭州地鐵1號線五里鋪站附屬物業(yè)開發(fā)工程項目，采用有限元建模分析了基坑施工對其下臥地鐵區(qū)間隧道變形及內(nèi)力的影響，對設(shè)計的合理性進行了評估并對后續(xù)的工程設(shè)計提出了建議。

以蘇州某臨近地鐵4號線寶帶東路站基坑開挖為背景,運用abaqus有限元計算軟件模擬基坑開挖各階段,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)場監(jiān)測結(jié)果,表明數(shù)值計算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果較為接近,說明參數(shù)及邊界條件選取合理,可為類似工程參考借鑒.

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行監(jiān)測。

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)律也與基坑距離遠近密切相關(guān)。

結(jié)合工程實例,運用土體、圍護結(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。

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提供參考。

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)。

本文以某城市隧道上跨某既有運營地鐵區(qū)間工程為研究對象,采用有限元軟件midas-gts對隧道基坑開挖及支護施工過程進行全過程數(shù)值模擬,分析隧道基坑開挖對下臥既有地鐵區(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措施的效果,通過三維有限元軟件plaxis-gid進行四組模擬,包括無隧道保護措施的工況、采取土體加固措施的工況、基坑開挖過程中在坑底進行堆載的工況以及同時進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措施是十分必要的。

針對廈門地鐵深基坑周邊環(huán)境復(fù)雜、地表沉降及基坑圍護結(jié)構(gòu)變形要求嚴格的特點,為確保施工安全,對施工全過程進行監(jiān)測,結(jié)合flac3d數(shù)值模擬進行研究。通過對周邊地表沉降、基坑支護樁側(cè)向位移、支撐軸力進行對比分析,分析結(jié)果表明,數(shù)值計算值與現(xiàn)場監(jiān)測值相吻合。同時,上述研究成果可為中山公園站深基坑工程的順利實施提供依據(jù)。

針對工程實例，介紹了緊鄰地鐵基坑工程的設(shè)計重難點，通過數(shù)值分析方法，計算了基坑開挖引起的地鐵隧道的位移與變形，并通過該工程施工的監(jiān)測結(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,越來越多的工程將在既有地鐵線附近施工,新工程施工必然會對既有地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響,以天津西站南廣場基坑工程為例,研究天津地區(qū)地鐵近接工程施工對既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響。通過數(shù)值分析的方法,采用plaxis對南廣場基坑開挖過程進行了模擬,通過計算結(jié)果分析近接工程施工對既有地鐵1號線西站站結(jié)構(gòu)的影響。計算表明,基坑開挖對既有地鐵1號線西站站存在不利影響,基坑開挖引起的結(jié)構(gòu)變形主要表現(xiàn)在水平位移,無論斷面1或是斷面2,基坑開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。

以合肥市新交通大廈地鐵車站深基坑工程為依托,利用flac3d有限差分數(shù)值計算軟件,對該基坑開挖和支護的全過程進行了數(shù)值模擬,研究了基坑開挖對周圍建筑物的沉降變形影響。結(jié)果表明,新交通大廈深基坑開挖對周邊建筑沉降影響不大。建筑沉降隨開基坑開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 作者簡介：劉遠亮（1980－），男（漢族），廣東人，廣東省建筑科學(xué)研究院工程師，地質(zhì)工程專業(yè)，博士，從事巖土工程數(shù)值模擬計算、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3號辦公樓206，liang801014@126．com。 基坑開挖對鄰近地鐵隧道影響的 midasgts三維數(shù)值模擬分析 劉遠亮 （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對鄰近的地鐵隧道造成一定的影響，運用 midasgts三維數(shù)值模擬計算軟件分析基坑開挖對鄰近地鐵隧道的影響，對地層自重固結(jié)、基坑開挖施工的整個過 程進行模擬分析，計算的結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比表明，該方法對實際工程有一定的指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞

在軟土地區(qū),深基坑的開挖勢必會對鄰近建筑有一定的影響.由于基坑開挖后,基坑底部以及周圍土體內(nèi)應(yīng)力的重新分布,使得基坑周圍的土體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)是重點考慮的對象.本文以上海地鐵十一號線鄰近的西岸傳媒港地下空間（停車場及配套）項目深基坑工程為背景,通過有限差分軟件flac3d進行了數(shù)值模擬.通過計算軟件分析了基坑開挖對鄰近地鐵隧道的影響,對地層自重固結(jié)、基坑開挖施工的整個過程進行了模擬分析.通過計算的結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比表明,該方法對實際工程有一定的指導(dǎo)意義.

以某商業(yè)基坑為研究對象,通過midas/gts軟件建立三維有限元模型,分析了基坑開挖對既有地鐵結(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),基坑開挖對地鐵結(jié)構(gòu)的影響較小;同時,針對基坑開挖過程中可能存在的風(fēng)險提出了相應(yīng)的處理措施,對同類基坑的設(shè)計與施工有一定的指導(dǎo)意義。

針對上海某項目工程,運用midasgts有限元軟件,分析了基坑開挖對側(cè)向及底部近接隧道的位移影響規(guī)律。結(jié)果顯示,基坑開挖主要造成側(cè)向隧道發(fā)生水平位移,對豎向位移影響不大,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。對底部隧道主要會引起豎向位移,水平位移可以忽略不計,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。此外,對基坑周圍多管線存在情況進行了安全分區(qū),通過分區(qū)對隧道管線進行安全評估,并提出相應(yīng)的應(yīng)對措施。

城市地鐵深基坑開挖實測與數(shù)值模擬分析——城市地鐵施工中由于周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑開挖引起的土層擾動，可能會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，建立了基坑開挖計算模型。通過改變模型參數(shù)，研究了圍護樁剛度...

結(jié)合某地鐵深基坑工程實際,采用flac3d數(shù)值模擬軟件建立基坑開挖三維數(shù)值模型,考慮基坑的實際開挖工序,對深基坑工程在開挖過程中的變形特征進行了數(shù)值模擬計算,得到了不同工況時基坑變形場,根據(jù)變形場結(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。

以南寧地鐵白沙大道站深基坑工程施工為背景,簡要介紹該工程的工程結(jié)構(gòu)、工程環(huán)境及水文地質(zhì)條件,詳細分析地表沉降和樁體水平位移的機理及變化規(guī)律.同時,利用flac3d進行數(shù)值建模分析,將模型計算所得結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析,總結(jié)出地表及樁體水平位移變形的相關(guān)規(guī)律,為地鐵車站基坑的設(shè)計及施工提供合理的依據(jù).

鄰近地鐵深基坑開挖會引起地鐵結(jié)構(gòu)變形,影響地鐵運營安全,因此在設(shè)計階段應(yīng)對基坑圍護方案進行有效地分析。文章以某緊鄰地鐵車站基坑工程為研究對象,利用plaxis有限元軟件對深基坑的開挖過程進行模擬,分析了基坑開挖對地鐵車站結(jié)構(gòu)變形及基坑周圍地表沉降的影響,提出針對措施及建議。