基坑开挖对下方地铁隧道影响数值分析

研究目的:与既有地铁隧道上下重叠建设的基坑工程日益增多,基坑开挖卸荷对下方既有地铁隧道的影响是该类工程中不可忽视的问题。本文结合工程实例,采用有限元软件进行数值模拟,分析基坑开挖深度、土层特性等方面对下卧隧道的影响,并总结基坑开挖卸荷对下方隧道在结构变形、内力等方面的发展态势和变化规律。研究结论:(1)当基坑开挖深度与下卧隧道覆土厚度之比大于0.5时,下卧隧道结构变形和内力增幅显著,下方隧道竖向位移与上方基坑开挖深度近似于呈线性变化;(2)土层弹性模量越小,隧道隆起量变化增幅越大;(3)隧道内力随着基坑开挖深度的增加呈现减小趋势,当基坑深度开挖至7 m后,由于隧道偏压作用逐渐显著,隧道结构内力呈现增长趋势;(4)本研究结果可为类似工程设计、风险评估与施工提供借鉴和参考。     

硬岩地区大跨度地铁车站施工变形特性研究

研究目的:青岛地铁2号线华楼山路站处于硬岩微风化岩层,设计两端采用复合式岩石喷锚支护和吊脚桩支护方式进行明挖,中间段采用三台阶七步暗挖法,并采用爆破施工。本文以该车站工程为背景,在施工过程中对车站主体及周边环境进行现场监控量测,分析硬岩地区大跨度地铁车站施工变形特性并总结变形规律,为类似工程施工提供参考。研究结论:(1)复合式岩石喷锚支护段比吊脚桩支护段地表沉降小,基坑开挖初期地表沉降快速增大,开挖至地板位置趋于稳定,明挖段最大沉降量小于暗挖段最大沉降量;(2)相同深度位置处,复合式岩石喷锚支护段比吊脚桩支护段锚杆内力小,吊脚桩深层水平位移呈"倒梯形"分布;(3)暗挖隧道内,拱顶沉降和净空收敛主要发生在三个阶段,即上台阶和中台阶左右两侧开挖阶段,下台阶开挖时开始趋于缓慢稳定;(4)该研究成果可应用于指导硬岩大跨度地铁车站的施工领域。     

不同桩撑支护形式的地铁明挖车站基坑变形监测研究

为研究不同桩撑支护形式的地铁明挖车站的基坑变形规律,对北京地铁6号线二期2座采用直径800 mm围护桩+3道钢支撑支护形式,1座采用直径1 000 mm围护桩+2道钢支撑支护形式的明挖车站基坑变形监测数据进行分析。研究表明:(1)两种桩撑形式下的基坑外地表沉降、桩顶水平位移和桩体水平位移变化规律接近;(2)基坑外地表沉降、桩顶水平位移、桩体水平位移分别在0.15%H、0.1%H、0.15%H范围以内(H为基坑开挖深度);(3)直径1 000 mm围护桩+2道钢支撑支护形式下的基坑变形更小,同时针对盾构先行过站而后开挖车站基坑的工程,直径1 000 mm围护桩+2道钢支撑支护形式可在综合费用几乎不变的情况下显著缩短工期,因此可为今后类似工程提供借鉴。     

黄土地区地铁车站换乘改造施工力学行为研究

以西安地铁5号线新建南稍门站对既有地铁车站换乘改造工程为背景,运用有限元方法分析研究既有地铁车站换乘改造的空间施工力学行为,重点论证既有地铁车站侧墙开洞工法的合理性。研究结果表明:(1)新建换乘厅基坑开挖卸荷是引起邻近雨污水管及既有地铁车站上抬变形的主因,而侧墙开洞后板墙支承约束减弱是导致孔洞顶部发生下沉变形的关键工序;(2)侧墙开洞后洞顶由受压区转变为受拉区,且洞口周边竖向压力突增,而侧墙弯矩变化幅度较小,故侧墙开洞应遵循"化整为零,随挖随支"的原则,即加强圈梁应尽快封闭成环,以抵抗由于侧墙开洞所引发的周边结构复杂的内力形式;(3)随着侧墙开洞跨度的增加,既有线车站的变形和内力均显著增大,而横通道水平净距对既有线车站的变形和内力影响较小,因此破除既有线侧墙方案建议选取7.5 m净跨、0.5D水平净距的施工方案,可确保既有线的运营及施工安全。     

人行地道上跨地铁盾构区间隧道影响分析研究

地面基坑位于地铁区间隧道上方时,由于基坑开挖的卸荷作用会对下方地铁隧道的变形内力产生一定影响。以昆明某人行地道基坑上跨地铁盾构区间隧道为例,模拟基坑开挖过程,分析了各工况下基坑开挖对下卧地铁盾构隧道的变形和内力变化规律。分析研究表明基坑开挖会引起盾构隧道整体上浮,盾构隧道轴力、弯矩均有一定减小,剪力增大,但盾构隧道位移及内力的变化量相对较小,对地铁的安全运营影响较小。     

某地铁深基坑桩撑支护结构施工力学行为分析

研究目的:特殊红砂岩地层严重影响兰州地铁车站深基坑支护施工安全,因此研究特殊红砂岩复杂环境下深基坑施工力学行为迫在眉睫。本文以兰州地铁1号线东方红广场站深基坑桩撑支护结构为工程背景,依据现场监测结果和数值计算模型对比分析了围护结构、周边建筑物及地表沉降的位移变化规律。研究结论:(1)数值模拟结果和现场监测结果对比分析表明,两者的结果相近,变化趋势基本一致,说明运用生死单元法对基坑开挖支护分析的结果可以为深基坑的设计与施工提供有效指导;(2)现场监测桩顶水平位移最大值为10.51 mm,小于30 mm的控制值,这说明咬合桩+钢支撑的支护结构可以有效地控制兰州特殊红砂岩地层基坑位移;(3)随着基坑开挖和支护的持续进行,桩身的前倾型变化曲线逐渐成为"鼓肚"形,最大测斜值为10.56 mm,发生于2/3倍的开挖深度附近;(4)随着基坑的不断开挖,周边建筑物距离车站越远,其竖向沉降位移越小;(5)基坑周边的最大沉降发生于距离基坑边缘1/3倍坑深处;(6)本研究成果可为兰州地区类似特殊地层地铁深基坑的设计与施工提供指导。     

基坑开挖对既有地铁结构变形影响的研究

深圳市曦湾名苑基坑工程西侧紧邻已运营的地铁2号线车站和区间隧道,采用 MIDAS-GTS 有限元软件建立三维数值分析模型,对基坑施工的全过程进行动态模拟,研究了基坑采用咬合桩、支护桩和止水帷幕结构施工时基坑围护结构与地铁结构变形的相互关系.研究表明:基坑采用钻孔咬合桩,围护结构的选型合理;采用钢筋混凝土支撑体系受力明确,基坑护壁的变形小于一级基坑限定的数值;土体变形与卸荷引起既有地铁车站与隧道的变形未超出安全限值;施工过程中应加强基坑监管和控制.     

南京长江漫滩区基坑开挖与降水对既有地铁隧道影响的数值分析

基坑开挖与降水会使邻近既有地铁隧道产生内力调整和变形重分布,影响其正常使用和运营安全。开挖与降水过程中基坑支护、地基土体和隧道结构之间相互作用和影响,其变形稳定问题是一个复杂的三维力学问题,可采用三维数值模拟进行分析。基于FLAC3D有限差分数值分析软件,对南京长江漫滩区某大面积基坑开挖全过程进行模拟,重点分析开挖卸荷、降水对邻近2条地铁隧道结构的变形影响。计算表明,基坑开挖卸荷时产生的结构变形量值和变形相对曲率较小,未超过安全控制值;但降水产生的结构沉降变形量值较大,对地铁线路的正常运行产生不利影响。     

兴业路地铁车站开挖支护技术研究

地铁车站合理的开挖方案和支护措施是保证安全施工的前提。根据兴业路地铁车站的地质情况、基坑开挖尺寸和周边建筑物情况,制定了相应的开挖和支护方案,进一步应用仿真软件模拟了基坑的开挖支护过程,分析了基坑和支护结构变形受力情况。结果表明:基坑变形和支护结构受力均能满足要求,所采取的措施是合理的。     

考虑蠕变的邻近地铁隧道深基坑开挖工序优化

研究目的:针对现有软土地层邻近地铁深基坑开挖工序研究没有考虑软土的流变特性且缺乏系统性的情况,以深圳地铁11号线前海湾车站为工程背景,通过考虑淤泥地层的蠕变特性,模拟研究基坑不同横向、纵向分块和竖向分层开挖对基坑和邻近地铁隧道的变形影响,以期为前海湾站基坑的开挖工序选择提供理论依据。研究结论:(1)当基坑水平向只横向分块时,应先开挖远离隧道一侧的基坑土体;(2)基坑竖向分层开挖、只纵向或横向分块开挖时,桩最大水平位移与分块数呈指数关系;水平方向不分块时,竖向分层开挖厚度控制在1.5~2 m之间可使基坑靠近隧道一侧桩体最终变形值减小9%;(3)在分块数相同且不改变支撑架设的条件下,基坑横向分块且远离隧道一侧先开挖的效果最好,其次为横向和竖向都分块,最后为纵向分块;(4)研究结果对前海湾车站基坑以及类似深基坑工程的施工具有指导意义。     

柔性基坑支护体系的局限性与应对措施研究

研究目的:本文以重庆市土岩组合地层中某地铁车站深基坑工程变形控制为例,对基坑变形原因进行分析,提出变形控制措施,进一步通过计算分析,得出基坑桩锚柔性支护体系在控制基坑大变形时的缺点,并明确桩锚撑组合支护体系的优势。研究结论:(1)基坑变形过大的原因可分为内因与外因两大类,其中地层软弱分界面倾向基坑侧、降雨导致分界面地层强度参数降低以及锚杆柔性支护体系控制变形能力较弱是基坑变形超限的内因,施工爆破、地表塔吊超载是基坑变形超限的外因;(2)基坑失稳在很大程度上取决于变形超限,而非围护结构强度破坏,实际工程中应加强变形监测与动态反馈;(3)桩锚体系下,锚杆作为一种柔性支撑结构对控制变形的继续发展作用有限,桩锚撑组合支护体系可有效地将原锚杆承担的荷载转移至内支撑,从而减小锚杆的拉力与变形,达到控制基坑稳定的目的;(4)该研究结论可为类似工程提供理论支撑与应用参考。     

基坑开挖方式对轨道交通结构变形影响分析

研究目的:随着城市的不断发展,城市内地铁线路的建设越来越多,不可避免地会有大量基坑建设紧邻已建或在建的地铁车站或区间隧道,地铁深基坑的开挖工程对周边已有地铁建筑的相互影响也日益突出。本文以苏州轨道交通1号线星海街站为例,通过对车站两侧基坑的两种不同开挖工况进行数值计算,分析基坑对称开挖与非对称开挖对已有轨道交通的变形影响,拟获取不同开挖方式工况下对既有地铁车站结构变形影响的基本规律。研究结论:(1)基坑开挖对地铁车站结构变形的影响主要体现在垂直地铁轴线方向的变形及竖向沉降;(2)相对于非对称开挖,基坑对称开挖对地铁车站结构的变形影响较小;(3)从对地铁车站结构变形影响最小化的角度来看,当具备对称开挖基坑条件时,建议采取两侧基坑同时开挖的方法;(4)本研究成果可为今后地铁安全评估提供参考。     

兰州地铁世纪大道站基坑支护监测与数值模拟

研究目的:兰州地区的工程水文地质条件特殊,关于地铁深基坑的桩撑支护设计、施工监测及数值模拟研究尚属空白。本文以兰州地铁世纪大道站基坑为例对桩撑支护结构设计为例,对桩顶水平位移、桩体水平位移、内支撑轴力和地表沉降监测结果进行研究。研究结论:(1)基坑开挖初期,桩身呈向坑内变形的前倾型曲线,随着基坑的开挖和支撑的安装,桩身变形曲线逐渐向")"形变化,最大水平位移发生的位置也随之下移,一般出现在桩体中部的4~10 m范围,约为坑深的1/3~2/3;(2)基坑开挖过程中,实测圈梁水平位移一般为5~10 mm,远小于规范30 mm控制值;(3)桩底附近仍有少量位移,说明将支护桩嵌固段作为固定端的设计方法有待完善;(4)地表沉降和水平位移大小分布是对应的,基坑周边土体呈现沉降一隆起一沉降一隆起一沉降状态,最大地表沉降约位于基坑外侧1/3倍坑深处;(5)采用有限元软件ADINA模拟基坑开挖过程,将有限元计算值与实际监测结果进行对比,发现二者比较接近,发展变化趋势几乎一致,说明有限元分析的结果可靠,桩撑支护结构支护效果理想;(6)本研究成果可为类似深基坑工程的设计和施工提供借鉴。     

基坑开挖引起邻近运营地铁车站变形特性研究

邻近已运营地铁车站单侧深基坑开挖卸载会引起车站结构发生不均匀变形,但目前对其变形机制还缺乏深刻认识。结合长沙地区某地铁车站工程实例,基于数值方法对深基坑开挖引起的邻近地铁车站结构变形发展变化规律进行了分析。研究结果表明,随着开挖深度的增加,地铁车站围护结构水平变形逐渐增大,且最大水平位移发生在桩顶;开挖过程中既有地铁车站底板局部向上抬升,且车站整体发生背向基坑的倾斜;基坑周边地表沉降随着基坑开挖的进行逐渐增大,但仍在结构安全和正常使用要求的范围之内。     

郑州地铁T型换乘站后期施工基坑的支撑布置优化

在郑州地铁某T型换乘车站后期基坑开挖工程中,取消了水平斜撑,并在后期基坑开挖过程中对既有运营车站结构变形进行实时监测与仿真计算。根据施工现场监测数据,并结合三维有限元计算结果进行分析研究。研究结果表明,基坑开挖后换乘节点结构变形主要是由坑底隆起造成的竖向位移,取消水平斜撑后,既有车站的结构变形仍被控制在规范要求范围内。     

桩-墙叠合全预制装配明挖地铁隧道建造方案及工程应用

明挖法施工的装配式地铁隧道基坑围护桩通常为现场浇注混凝土桩，且只作为基坑开挖阶段的挡土结构，不将其作为侧墙永久结构的一部分，这种结构设计方法偏于保守，导致资源浪费。为此，提出桩-墙叠合全预制装配明挖地铁隧道建造方案，其主要特点是：基坑围护桩和隧道结构均采用预制结构且叠合布置，围护桩既是基坑开挖期间的临时挡土结构，同时也是隧道侧墙永久结构的一部分。以济南市济阳有轨电车明挖区间隧道工程为背景，开展围护桩和隧道侧墙叠合方案的比选。基于不同叠合方案结构受力分析和叠合施工方便性的综合考虑，提出在围护桩和隧道侧墙四角点进行叠合连接的措施；详细讨论了“桩-墙叠合方案、基坑预制围护桩布置、隧道主体结构装配分块、桩-墙叠合连接方法”;最后结合本工程试验段的施工，阐述了桩-墙叠合明挖隧道装配施工的关键工序及解决措施。     

地铁深基坑开挖对下部既有公路隧道的影响分析

以昆明地铁3号线西山公园站深基坑工程骑跨既有公路隧道为工程背景,利用Midas-GTS建立二维数值模拟深基坑全过程,研究基坑开挖对下方既有隧道的变形影响规律。分析坑内加固和基坑时空效应施工措施对控制隧道上抬变形的影响,结合现场实际监测数据和有限元分析表明:(1)基坑开挖对下部岩体具有显著的垂直方向卸荷作用,其受力状态和形状的改变程度受限于上部土体性质、土体开挖量、开挖方式及隧道围岩性质;(2)坑内加固后可明显降低隧道衬砌的隆起变形,降幅约为18%;(3)实际监测数据略小于计算结果,但变形趋势二者较为吻合。     

某引发地铁隧道变形的深基坑抢险复工设计

位于即将开通运营某地铁线路一侧的商务中心大型基坑采用桩锚支护形式。由于基坑大范围开挖至基底,围护结构产生了较大位移,导致临近的地铁盾构隧道发生了严重变形。为了保证隧道的安全,立即对基坑进行了回填土反压处理。通过监测,在明确隧道的变形和基坑的位移趋于稳定后,设计方编制了基坑的抢险复工方案,施工方根据该方案,采取了分块开挖的方式,完成了商务中心地下室结构的施工。隧道的后续变形控制在设计方提出的建议值之内,隧道管片经过加固处理后能够继续使用。     

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。     

大型深基坑开挖对旁边地铁盾构隧道影响的实测分析

杭州地铁2号线旁边某深基坑开挖工程,采用"坑中坑"和"地下连续墙外再增设一排同深度的隔离桩并用连梁连接"的特殊加固控制措施。对基坑开挖引起临近隧道的水平位移、竖向位移和水平收敛进行监测,分析大型深基坑开挖对旁边地铁隧道的影响规律以及支护加固措施的效果,并提出隧道水平位移的预测经验公式。研究结果表明:基坑开挖导致隧道产生明显的正态分布水平向变形,隧道横向直径增大,呈现"横椭圆"形状,但变形符合规范要求;隧道沉降未超过工程报警值。本工程采用的加固控制措施适用于大型深基坑工程,建议土体必须采取"分块开挖、随挖随撑、分层浇筑"的方式,减小靠近隧道侧的基坑开挖暴露宽度。