基坑开挖对邻近高铁路基变形影响的预测方法研究

依托软土地区某典型基坑工程,研究基坑开挖对邻近高铁路基变形影响的预测方法。结合该工程土体修正摩尔–库伦模型参数,建立96个不同工况下的有限元模型。通过对有限元计算结果的分析和拟合,推导能够综合考虑基坑开挖深度、支撑系统刚度和基坑距路基坡脚距离3个因素的高铁路基最大水平位移和最大沉降的简化计算公式,提出受基坑开挖影响的路基水平位移、沉降的预测曲线,并给出相应的预测流程。结果表明:在双对数坐标中,当基坑距路基坡脚距离相同时,路基最大水平位移与开挖深度的比值(δhmax/H)、路基最大沉降与开挖深度的比值(δvmax/H)均与支撑系统刚度ρ基本呈线性关系;可用图10中的折线ABC、图13中的折线DEFG分别预测路基水平位移、路基沉降;简化分析方法能较好地预测软土地区类似依托工程土层条件下受基坑开挖影响的高铁路基变形。     

软土地区某临近高铁基坑支护设计及监测分析

研究目的:高铁旁基坑开挖日益增多,在软土地区极易导致高铁沉降,严重影响安全运营。目前软土地区高铁旁基坑支护设计及监测技术尚不成熟,设计经验及监测数据极度缺乏。本文依托软土地区某紧邻高铁的基坑实例,对其设计及监测进行研究。研究结论:(1)提出高铁侧支护应按变形控制、对支护加强的方案实施,可减小路基沉降;(2)软土地区基坑开挖后高铁沉降时间长,呈蠕变特性,每层土开挖后沉降速率先大后小,最终沉降值很大;(3)同一位置路肩、接触网立柱、铁轨沉降基本一致,基坑中部沉降速率及沉降量较大,两侧及远离基坑处沉降较小;(4)坡脚沉降比路肩、接触网立柱、铁轨沉降小;(5)周边基坑同时开挖及降水,导致两基坑交界处高铁沉降较大;(6)本基坑开挖与降水影响高铁距离约5倍基坑深度;(7)本基坑设计和监测经验可供高铁旁基坑设计、施工借鉴。     

邻近基坑预降水影响下既有隧道受力变形分析

为探讨基坑降水引起的既有隧道受力变形特性,依托实际工程建立三维数值模型,以隧道的最大竖向位移为评价指标,使用正交表筛选最优组合和主要影响因素,而后对主要影响因素进行单变量分析,研究隧道受力变形规律。研究表明：通过极差分析和方差分析发现,连续墙插入深度是影响坑外隧道最大竖向位移的主要因素,故邻近既有隧道的新建基坑工程有降水需求时,可先选取该因素进行隧道变形控制;随着连续墙插入深度的增加,隧道弯矩和变形均会随之减少,当连续墙插入深度到达透水性较差的土层后隧道变形显著减小,此时隧道变形能得到有效控制,而继续增加插入深度对于控制隧道变形意义不大;降水使坑外邻近隧道产生朝向坑内斜向下的“横鸭蛋”沉降变形,施工过程中应重点关注隧道拱顶和邻近基坑侧拱腰的变形情况。     

基坑被动区软土层加固宽度的数值分析

结合深圳市一实际工程,采用数值模拟方法,研究基坑被动区软土层加固宽度对基坑桩锚(撑)支护结构的影响规律。结果表明:坑底被动区加固对减小围护桩变形、受力及坑外地表沉降有效;同时坑底被动区软土层加固存在最优加固宽度,在加固宽度大于最优加固宽度时,围护桩变形、受力及坑外地表沉降基本处于稳定状态;考虑安全、经济等多方面的因素,在以减小围护结构变形、内力和地面沉降为主要目标时,建议基坑被动区软土层最优加固宽度取坑底软土层厚度的3~4倍。     

软土基坑围护结构水平位移控制措施

通过收集文献资料、概念分析和基于典型工程的定量计算,认为在控制围护结构水平位移的措施中,首道混凝土支撑能够避免由于轴力损失和地层预降水产生的桩顶位移,且投资增加较少,性价比较高,建议在软土基坑中优先选用;基坑内侧土加固控制基坑变形的效果很好,能减少围护结构的水平位移42%甚至更多,但投资增加较多,建议坑底以下为软土或变形控制标准较高时采用;增加围护结构截面尺寸对变形控制贡献有限,且投资较高,不建议优先选用,仅当其他控制措施无法达到设计要求时再考虑采用;增加基坑竖向支撑道数能够减少20%左右的围护结构水平位移,且投资增加幅度有限,建议变形要求较高时优先选用。     

黄土地区基坑近接施工变形控制标准数值模拟研究

为得到湿陷性黄土地区基坑近接既有地铁结构的位移规律和控制标准,基于西安地铁5号线车站基坑临近区间隧道和车站施工,采用数值模拟手段,分析不同净距状态下新建基坑开挖引起的地表位移、新建基坑结构位移及既有结构位移,研究新建基坑开挖对既有车站、既有隧道的影响。结果表明:地表沉降值仅在新建基坑与既有结构之间的范围受水平净距影响较大,新建基坑围护结构位移仅在与既有结构邻近的一端受净距影响较大;既有结构向着新建基坑方向发生整体水平移动,且随着净距减小,水平位移增加;应尽量避免净距小于12 m的情况,当净距为18 m时,应控制新建基坑与既有结构邻近侧围护结构的水平位移最大值在15 mm以内。     

软土地区新建城市轨道交通线路路基对邻近既有线路路基水平变形的影响分析

依托东部沿海软土地区某城市轨道交通路基帮宽工程,利用同济大学L-30土工离心机进行土工离心模型试验,研究既有CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)复合地基路基在邻近堆载作用下土体和桩体的水平变形规律。利用有限元数值模拟方法,研究既有路基和新建路基的不同加固形式对既有路基水平变形规律的影响。研究表明:在邻近堆载的作用下,软土地区城市轨道交通线路路基坡脚外2 m土柱的水平变形呈现"弓"型变化规律,随埋深增加,水平变形先增大后减小;路基CFG桩复合地基中的CFG桩的水平变形呈现漏斗型变化规律,桩顶水平位移最大,随埋深的增加,水平变形逐渐减小;新建路基中桩基的存在,可有效减小既有路基的水平位移;在CFG桩桩顶增加筏板,能将CFG桩的水平变形规律由漏斗型改变为"弓"型,同时减小桩体的最大水平变形。     

伺服钢支撑系统“双控法”在邻近地铁隧道深基坑中的变形控制效果分析

目的：为控制新建基坑变形，减小基坑开挖对邻近地铁隧道的影响，需探究轴力控制和位移控制双重控制方法(以下简称“双控法”)下伺服钢支撑系统对基坑及邻近地铁隧道的变形控制效果。方法：依托杭州某基坑工程建立了该基坑与邻近地铁线的数值模型，提出了“双控法”的伺服钢支撑系统轴力模拟方案和位移控制方案，设定了相应的计算步和监测工况。对6种伺服方案下的基坑沉降量及深层水平位移量进行了对比。对不同轴力控制值和单次位移变化量控制值下对基坑的变形影响进行了分析，进而得到本工程的伺服钢支撑系统体系的设置方案。基于此方案，对基坑土体深层水平位移、基坑地面沉降、邻近地铁右线隧道沉降的模拟值和实际监测值进行对比，以分析伺服钢支撑系统变形的控制效果。结果及结论：双层支撑伺服钢支撑系统比单层伺服钢支撑系统的变形控制效果更好。“双控法”控制指标中，轴力控制值的增加可使围护结构的最大水平位移量和地面沉降量明显减小，单次位移变化量控制值的改变对最终变形结果影响不大。“双控法”下的伺服钢支撑轴力系统能够有效控制基坑变形，保护邻近既有地铁隧道结构安全。     

京张高铁大型深基坑临近地铁设计施工管控技术

大型基坑开挖引起的卸载作用将导致基坑周边土层和建(构)筑物发生隆起变形,威胁周边建筑物的运营安全。针对京张高铁清华园隧道盾构工作井大型基坑临近地铁13号线面临的变形控制问题,从设计和施工2个方面提出管控技术要求。(1)工作井围护结构采用地下连续墙+混凝土支撑,将地表沉降和水平变形控制在0.15%基坑高度以内且小于30 mm;止水结构采用地下连续墙作为悬挂式止水帷幕,基坑底进行注浆封底;邻近城铁13号线的基坑一侧采用3排锚杆桩加固。(2)地连墙施工、基坑开挖和支撑施工及邻近地铁辅助措施施工的管理要点。     

高铁复合结构路基荷载传递及沉降数值模拟

研究目的:高速列车运营荷载作用将导致复合结构路基产生沉降。由于高铁对路基沉降要求高,复合结构路基的荷载传递和沉降变形规律值得工程界关注。为研究高铁复合结构路基荷载传递以及沉降变形规律的影响因素,本文建立高速铁路复合结构软土路基三维有限元分析模型,将高速铁路列车运行荷载简化为均布荷载作用于轨道板以下的路堤顶面,分析桩长、桩间土模量和下卧层模量对桩身轴力分布、桩土应力比以及路基沉降的影响规律。研究结论:(1)桩身轴力随桩长增加而增大,路基沉降则明显减小;在不同桩长下,桩土应力比沿桩身距离路基中心水平方向位置的变化均表现为先增大再减小的趋势,10 m、12.5 m、15 m和20 m桩长下桩土应力比稳定值分别为6.8、10、13和17;(2)桩身轴力随桩间土模量增大而减小;在不同桩间土模量下,桩土应力比随桩身距路基中心水平位置的偏移先稳定后增大再减小,10 MPa、30 MPa和50 MPa桩间土模量下桩土应力比分别为30、12和7;(3)下卧层模量增大使桩端摩阻力增大,桩身中性点位置向下偏移;桩土应力比随水平位置偏移的变化规律同样是先增大后减小,下卧层模量增大能使桩的沉降明显减小,但对路基总沉降影响不大;(4)该研究结论可为高铁复合结构路基及类似工程设计和施工提供理论参考。     

软土地区临近运营高铁路基建筑基坑防护方案研究

高速铁路运营速度快、轨道平顺性要求高;对于临近运营高铁路基的基坑开挖,尤其在软土地区,合理的基坑防护可以有效降低基坑开挖对高速铁路路基的影响,具有重要的现实意义。结合某城市工程实际,研究某高速铁路附近锚桩防护方案基坑开挖对高速铁路路基的影响。分别采用ABAQUD软件进行数值模拟和对各施工阶段进行现场监测,对比分析锚桩防护方案基坑开挖引起的高速铁路的附加沉降量与横向水平位移。结果表明,高速铁路的附加沉降量与横向水平位移符合规范要求,锚桩防护方案切实可行,数值模拟结果与实测数据对应较好,可以较好的反映高速铁路的位移情况。     

超大型深基坑对高速铁路桥墩稳定性影响分析

随着近邻高速铁路沿线房地产的开发,建筑基坑施工有可能影响到高速铁路桥梁、路基的稳定性,为了减小基坑开挖产生的不利影响,确保高速铁路行车安全,通过大型有限元软件计算以及现场位移、水位等实时检测手段进行稳定性分析,同时,研究了深基坑开挖及抽水过程对高速铁路桥梁桩基变形的影响规律及范围。结果显示,基坑自身的稳定性及其降水后的水位位置,对高速铁路桥梁桥墩的水平位移有着重要影响,且这种影响关系是复杂的,影响范围较大,因此,不能仅以基坑与高速铁路的距离是否在20m以上作为安全标准,而应根据基坑深度、大小以及需要降水的程度,结合其与高速铁路距离、地层土质力学参数等因素,综合评价其对高速铁路的影响。     

墩台基坑开挖过程中列车动载对路堤的动变形分析

大量新建桥梁桥墩基坑工程位于铁路路基保护范围以内,使得铁路不可避免地受到基坑开挖的影响,既有铁路的列车动载加剧这种不良影响。在基坑开挖过程中,为了确保邻近铁路的安全,以孙渡特大桥上跨丰洛铁路桥墩施工为背景,通过建立三维有限元数值模型,分析在客车和货车不同速度下邻近既有线的基坑开挖过程中路堤的动变形规律:随着基坑不断向下开挖,路基中心处的竖向动位移和水平向动位移均增大,且水平动位移增长率大于竖向动位移增长率。60 km/h客车和40 km/h货车动荷载下路基中心的竖向最大动位移分别为3.32 mm和3.42 mm,其他情况均大于3.5 mm。最后基于铁路路基动变形3.5 mm的控制标准,提出在基坑开挖过程中客车限速60 km/h和货车限速40 km/h的控制措施可行。     

地铁车站支护与主体结构相结合深基坑变形

依托济南某地铁车站基坑工程,建立考虑土与结构共同作用的三维数值模型,模拟支护结构与主体结构相结合的基坑施工全过程,研究基坑的围护桩侧移、坑外地表土体沉降和坑底土体回弹规律。结果表明:随着开挖深度的增加,围护桩向基坑内部运动,且最大侧移沿桩身逐渐增大,最大值为开挖深度以上1 m左右;混凝土立柱的存在会明显加大围护结构的整体刚度,进而减小围护桩的侧移;基坑外侧最大沉降发生在约为1/2基坑宽度的区域,周边土体沉降范围约为4倍支护深度;混凝土立柱能减小基坑底部土体的回弹。采用支护与主体结构结合的方式,可以减小基坑在施工过程中的变形。     

雨水泵站异形深基坑开挖对铁路路基的影响分析

在城市现代化进程中,铁路周边地块不断得到开发和利用,如离铁路较近,构筑物的基坑开挖会对铁路路基产生一定的影响。此文以距铁路较近的北京夕照寺雨水泵站基坑开挖为例,通过模拟,建立有限元模型,利用国际上通用的ABAQUS有限元软件,计算和分析雨水泵站基坑开挖和防护桩施工引起的土体扰动对铁路路基产生的沉降和位移影响。经过计算与分析表明,雨水泵站基坑开挖采用防护桩措施后,施工引起的土体扰动对路基的影响较小,采取的防护桩措施能满足铁路安全运营的要求。     

流固耦合作用下基坑开挖及降水对下卧既有地铁隧道的影响研究

为研究基坑开挖及降水对下卧既有地铁隧道变形的影响,基于比奥固结理论,结合修正摩尔库伦本构关系,建立考虑流固耦合的三维有限元分析模型,探讨基坑降水深度、降水速度、土体渗流特性、基坑开挖工艺等对下卧既有地铁隧道及其围护结构的影响,并与现场监测结果进行对比验证。研究结果表明:基坑降水深度对隧道结构变形有着较大影响,适宜的降水深度有利于抑制地铁隧道的隆起;在分块开挖效应下,隧道最终呈"M"形曲线隆起,竖向位移最大处位于隧道中部的两侧位置;土体渗流存在空间差异性;基坑降水速度会对隧道围护结构的内力产生重要影响,随着降水速度的增大,围护结构的内力会继续增长;隧道衬砌结构变形呈"水平向压缩、竖向拉伸"的竖椭圆状发展,隧道靠近基坑两侧的腰部变形较大;考虑基坑降水的流固耦合分析结果更接近现场实测结果。     

宁波软土地区相连深基坑开挖施工时空效应实测分析

软土深基坑施工期变形具有明显的时空效应,以宁波软土地区相连深基坑为工程背景,对软土地区相连深基坑开挖的时空效应开展研究。基于基坑施工过程中地表沉降、地连墙水平位移、支撑轴力的监测数据,分析施工工序、开挖深度等因素对不同位置处基坑结构与土体的变形影响,并通过有限元软件对2基坑同时开挖的情况进行计算讨论。研究结果表明:采用2个基坑单独开挖的顺序,在一个基坑开挖时,已完成的地连墙或已封顶的车站结构将对这一侧的地表沉降和地连墙水平位移有较好的约束作用;地表沉降与地连墙水平位移在基坑长边上的值大于端头部分,且这2个变形值具有明显的深度效应,即随着开挖深度的增加,变形值增加更快;支撑轴力的变化主要受开挖土体的位置影响,越近的土体开挖,支撑轴力增加越大;若采用2基坑同时开挖的方式,控制中间部分地连墙的变形将是重点,施工安全也面临较大挑战。     

高速铁路并站路基设计方案探讨

高速铁路尤其是无砟轨道对路基工后沉降要求十分严格,邻近既有高速铁路进行工程建设活动(如开挖、填筑及地基处理)会对既有高铁产生新的沉降变形。如何避免这些影响,值得进行深入研究,并提出相应的工程措施。目前,并行既有高铁新建路基一般采用填筑轻质土+桩板(筏)复合地基处理等措施。新建郑济客专并行既有京广客专新乡东站时,根据具体情况,结合有限元计算,考虑施工干扰及投资等因素,研究提出具有一定创新性的"加筋陡坡+桩筏结构"和"框架结构"方案,可供类似工程借鉴。     

夯实高速铁路路基生命力的基础-地基处理

本文归纳总结了高速铁路路基建设中,软土、松软土与软土互层、湿陷性黄土、膨胀土、膨胀岩、岩溶等重点地基处理问题的经验教训和技术成果,对斜坡软土、膨胀岩土等地基的纵横向不均匀沉降和横向位移问题,对非饱和土地基吸水增湿效应引发的二次沉降变形问题,对站场路基与区间路基在受力、沉降方面的差异问题等进行了梳理。简析了问题产生的原因及其对路基生命力的影响,并提出了相关思考和建议,希冀有助于夯实路基基础,提高路基的生命力。