软土基坑开挖对邻近既有隧道影响研究及展望

随着城市地铁建设的飞速发展，邻近已运营地铁线路的基坑工程大量涌现。基坑开挖必然会改变土体的原始应力场和位移场，继而引起邻近既有地铁隧道附加变形和内力。为了全面了解软土基坑开挖对既有隧道影响的研究进展，从理论研究、模型试验、数值模拟和实测分析4个方面分别阐述了软土基坑邻近施工问题的研究现状。结果表明：现阶段的理论研究主要从两阶段法入手，考虑了不同的侧重研究因素和简化条件；模型试验包括离心模型试验与常重力模型试验，可作为一种辅助研究手段与其他研究方法相互验证；数值模拟分析问题全面，结果直观，已广泛应用于工程项目的设计评估；根据基坑与隧道的相对位置关系，分别对不同工程的实测数据进行整理分析，提出考虑基坑卸荷量、形状因子、隧道埋深和水平净距等多因素的三维卸荷系数，可以较好呈现基坑开挖引起邻近隧道变形的规律性特征；基坑周围土体深层位移、围护结构变形与邻近地铁隧道变形之间存在一定联动关系；同时，总结分析了风险评价与影响分区体系以及施工控制防护技术和监控手段的探索与应用实例，为现场工程安全风险控制提供了施工经验和实践依据；最后，指出现有研究中存在的不足和尚需讨论的方面，建议深入开展邻近既有隧道设施的多维度基坑开挖时空效应研究、本构模型适用性探究、结构多元化与精细化建模、基坑降水与地下水渗流影响研究；进一步推进动态施工安全风险评价与影响分区研究，发展创新控制防护技术以及建立联动共享的新型监控成套技术体系。     

考虑Pasternak地基模型的基坑开挖诱发既有隧道纵向变形理论分析

邻近隧道进行基坑开挖会破坏周围土体平衡状态，引起既有隧道结构不均匀沉降，最终将对隧道安全运营产生不利影响。为控制基坑开挖所导致的既有隧道纵向变形，基于Pasternak地基模型提出双基坑开挖引起邻近既有隧道纵向变形影响的两阶段简化分析方法，分析软土中双基坑开挖对隧道竖向沉降的影响。对比简化理论计算与三维有限元数值模拟，结果吻合较好，由此可得： 该简化解析法精度较高并且计算简便。此外，针对基坑侧壁与隧道轴线距离、基坑开挖深度和基坑间距等不同工况，分析双基坑平行隧道、双基坑垂直隧道、双基坑斜交隧道3种布置情况下双基坑开挖对邻近隧道竖向变形的影响，分析结果反映了隧道变形的规律。     

超宽深基坑开挖对邻近既有地铁隧道安全影响研究

为研究超宽深基坑开挖对邻近既有地铁隧道安全的影响,文中依托武汉市邻近既有地铁隧道的某地产项目超宽深基坑工程,对邻近隧道侧基坑支护方案进行设计优化,采用midas GTS NX三维有限元软件分析基坑开挖对隧道的安全影响。计算结果表明,超宽深基坑采用“灌注桩+斜抛撑”支护体系,可有效控制围护变形,降低对既有地铁隧道的影响。     

软土深基坑地下连续墙变形的实测规律与预估方法

深基坑地下连续墙变形是软土基坑设计的重要控制指标。以开挖深度平均达20m的某城市交通隧道深基坑监测为例,分析和讨论基坑开挖过程中地下连续墙的变形规律,得到地下连续墙最大水平变形随基坑开挖深度的变化规律,建立两者之间的定量比例关系。此外,引入国外关于地下连续墙水平变形的预估模型,研究其在本工程的适用性,并通过实测数据对模型中的关键参数进行反演,为类似工程的基坑设计计算提供参考。     

软土地区深基坑施工对邻近运营地铁隧道影响的实测分析

以某沿海城市软土地区邻近营运地铁深基坑工程为实例,采用自动化监测方法对地铁隧道结构变形进行动态监测,分析基坑施工过程对其产生的影响。监测和分析结果表明:该地铁隧道在施工过程中发生了侧移、沉降、收敛等变形,基坑施工采取分块开挖、土体加固、抢筑底板等措施处治后隧道变形发展得到较好控制;隧道变形与基坑开挖卸荷、深层淤泥质土体流塑变形紧密相关。     

软土地铁深基坑开挖过程中围护侧向变形控制方法研究

在周边环境较为复杂的软土地区,基坑开挖变形稍大就会对临近建(构)筑物产生不利影响。影响基坑变形的因素众多,但诸如结构刚度、支撑布置(道数与间距)等因素在设计阶段已确定,施工过程中可调控的因素较少。从支撑轴力与软土流变的角度, 探讨基坑开挖过程中围护侧向变形的控制方法。从软土地铁深基坑支护体系的力学特点出发,系统研究该体系的力学状态和作用机制,针对基坑开挖过程中无支撑暴露/ 有支撑暴露不同情况提出围护结构侧向变形控制方法。同时,结合实际工程,对该控制方法进行具体的施工应用研究。实践结果表明,该方法对地铁深基坑围护侧向变形控制具有显著效果。     

邻近既有隧道的软土地区深基坑设计与监测分析

现以新龙广场项目深基坑工程为背景,介绍在软土地区紧邻既有隧道的复杂环境条件下,深基坑变形控制的设计方法,以及针对变形控制目标采取的一系列设计施工措施。为了减小基坑降压对周边环境的不利影响,某工程采用了超深三轴水泥土搅拌桩隔断承压水含水层。通过基坑监测数据的分析表明,该基坑工程采取的相关技术措施,有效地控制了基坑开挖对周边保护对象的影响,可以为类似工程提供一定的参考。     

莞惠城际轨道交通工程深基坑施工对邻近建筑物的影响及控制分析

在城际轨道建设中,将深基坑周边邻近建筑物影响降到最低,是设计及施工必须研究的课题。为了解决深基坑开挖过程中邻近建筑物的安全问题,结合莞惠城际轨道GZH-5标工程实例,采用有限元模拟分析方法及该工程大量监测数据,通过建筑物加固前后变形情况对比,深入地研究超深基坑开挖对其邻近建筑物的影响及控制。主要得出以下结论： 1）与基坑的距离关系,是影响开挖期间建筑物变形规律的主要因素; 2）模型能有效预测莞惠城际GZH-5标施工过程中10层居民楼变形终值超过控制值,可为制定加固措施提供参考; 3）该施工加固方案能有效控制10层建筑物的变形与沉降,合理可行。     

基坑开挖对邻近桥梁承台影响的数值分析研究

本文针对软土地区的土质,采用整体有限元方法,研究了基坑开挖对邻近桥梁承台桩基的附加弯矩和变形。考虑土体的庇护效应,对比分析了基坑距离、群桩根数和承台轴力等主要因素对承台的影响,提出了控制深基坑开挖对邻近桥梁承台影响的有效工程措施。     

深基坑开挖降水对邻近地铁隧道的影响

深基坑开挖降水引起周围土体沉降变形问题是基坑工程的重要研究内容。基于比奥固结理论,以邻近长沙地铁5号线区间隧道的某在建基坑为工程实例,采用修正摩尔库伦本构关系,利用有限元分析软件Midas GTS NX建立三维数值分析模型,进行基坑降水速度对邻近地铁区间隧道影响的敏感性分析、不同工况的施工阶段分析、应力渗流单向耦合分析、完全应力渗流耦合分析与实际监测结果的对比分析。研究结果表明:基坑降水速度增加引起基坑支护结构内力非线性增长;完全应力渗流耦合作用下基坑开挖引起周边地层的位移比应力渗流单向耦合分析结果更符合实际监测结果,该地铁隧道最大变形控制结果满足相关规范要求,分析结果可为类似工程提供参考。     

软土地层明挖隧道渗流-卸荷耦合力学特性分析

针对珠三角地区地下水位高、粉细砂地层厚,软土明挖隧道深基坑工程施工开挖过程存在明显渗流-卸荷耦合力学特性等工程技术问题,提出了基于Duncan-Zhang非线性本构模型的基坑工程渗流卸荷耦合力学有限元分析方法,并基于室内GCTS真三轴卸荷力学试验方法获取土体卸荷力学参数与Duncan-Zhang模型参数。在此基础上,利用Midas GTS有限元分析软件,对珠三角某城市下沉式公路隧道施工力学特性进行数值分析模拟,并通过现场施工监测成果验证其合理性。     

软土地区狭长深基坑分区开挖对邻近建筑物沉降影响研究

为研究狭长型的地铁车站深基坑分区开挖是否能作为邻近建筑物沉降变形的有效控制措施，以佛山地铁3号线叠滘站深基坑工程为依托，收集整理其分区开挖时周边建筑物沉降变形的监测数据，同时建立车站深基坑分区开挖和整体开挖时的三维有限元模型，对比分析分区开挖对控制周边建筑物沉降变形的影响。研究结果表明： 狭长型基坑开挖对邻近基坑长边中间处的建筑物沉降变形影响显著；通过设隔断墙分区开挖，能充分发挥基坑的空间效应，减小“长边效应”对建筑物沉降变形的影响。     

基坑开挖引起盾构隧道位移的控制措施研究

为了研究软土区深基坑施工对邻近既有盾构隧道变形影响及保护措施,以杭绍甬高速公路明挖隧道与杭州地铁1号线盾构隧道交叉节点工程为依托,采用有限元数值模拟方法,依次分析了采取不同工程措施后,盾构隧道主体结构的变形情况,并将计算最终位移变形量与实际监测位移结果进行了对比。结果表明:上方基坑开挖对下方盾构隧道的影响显著,在无任何辅助加固措施情况下,盾构隧道最大竖向变形量远超允许变形量;采用地基加固、抽条开挖、“门式框架”、及时反压等工程措施后,对盾构隧道竖向位移的控制作用显著;现场位移监测结果与数值模拟位移结果相吻合,表明本文提出的工程措施合理可行。     

某邻近运营地铁隧道深基坑工程变形分析

介绍了某邻近运营地铁深基坑工程采取的保护措施,对基坑围护结构变形性状进行了分析。研究结果表明:被动区加固及充分利用时空效应的开挖施工方法可有效控制围护结构变形;邻近地铁侧围护结构宜嵌固于隧道底以下。所得结论可供类似工程借鉴。     

考虑流固耦合效应的基坑开挖施工对地铁隧道结构影响分析

邻近地铁沿线的建设工程施工不可避免地会对已建成的地铁结构设施的安全和运营产生影响,为确保地铁结构设施的稳定和运营安全,需要对建设工程的设计、施工方案进行审查,评估工程施工对地铁结构设施的影响。以某工程为例,运用流固耦合分析方法研究了在地下水作用下,考虑水和岩土体耦合作用的基坑开挖过程对地铁隧道结构的影响,并分析了桩基础施工对地铁隧道结构的作用效应。基坑开挖过程中降水会引起基坑范围内较大幅度的地表沉降,该过程与基坑开挖卸荷效应联合作用,对地铁隧道结构的变形应力产生复杂的影响;另外,邻近地铁隧道结构的桩基施工加载也会引起隧道结构的下沉变形,需要在实际工程中予以重视。     

上海地铁M2线曲阜路车站基坑围护墙体变形监测数据分析

基坑变形可分为有支撑暴露变形和无支撑暴露变形。结合上海地铁M2线曲阜路车站的工程实践,分析了基坑围护墙体的变形特征。监测数据分析表明,基坑开挖过程中,有支撑暴露变形是深基坑开挖阶段变形的重要组成部分。利用时空效应规律,适量地减小每步开挖空间和时间,按要求及时加撑,可以明显地减少基坑位移。科学地运用这种基坑开挖的时空效应的规律性,充分调动软土自身控制变形的潜力,可以达到科学施工控制基坑变形的目的。     

基坑开挖对既有隧道和邻近建筑的影响性分析

随着城市地下空间建设的日益密集和复杂,为保证其结构的稳定性和安全性,评估地下空间与邻近建(构)筑物之间的相互影响,是建设初期非常重要的安全指标之一。以广东省某地下室基坑工程为背景,运用Midas GTS NX数值模拟软件,分析在该基坑开挖过程中周边土体、地铁区间隧道和邻近建筑物的变形规律。结果表明:基坑开挖引起周围土体向上隆起,隆起值随基坑开挖深度的增加而增大;既有隧道越靠近基坑中部的区域变形越大,且隧道拱顶中部的弯矩随基坑开挖深度的增加而减小;建筑物桩基在基坑开挖影响下亦会发生侧向位移和上浮。     

浅析深基坑分坑开挖对临近地铁附属结构的影响

以上海漕河泾开发区赵巷园区二期深基坑支护实例为背景,分析了邻近地铁深基坑工程的实际应用特点,介绍了基坑围护设计方案选型、分坑平面布置,以及考虑临近地铁的保护措施,基于有限元数值模拟归纳,分析了分坑的空间平面尺寸对临近地铁附属结构变形的影响,并通过有限元分析结果与基坑实际设计方案进行对比。结果表明,控制临近地铁基坑的分坑宽度在2倍的基坑挖深左右,可以有效控制基坑开挖对邻近建筑的变形速率和总变形影响。     

基于三维蠕变模型的基坑开挖长时位移预测

针对流变性软土地层大型深基坑开挖扰动位移的时效特性及长时位移的预测计算,开展系统研究。提出了融合基坑开挖卸载弹塑性动态位移、土体蠕变位移及其相互作用模式的长时位移计算概念化本构模型并建立了相应力学表达式;分析了软土蠕变模型的适用性并推导了长时位移计算关键参数--蠕变位移时效系数的计算公式。基于FEM与地层蠕变模型的时间增量法,建立了基坑开挖卸载位移和土体蠕变位移相结合的基坑开挖长时位移统一计算方法。研究成果适用于软土地层任意形式基坑工程设计阶段、施工阶段、基坑挖方完成等土体扰动长时位移的预测计算。工程实例的比较分析表明,计算方法具有良好的可靠性和工程适用性。     

地铁深基坑施工对邻近隧道的变形影响分析

为研究地铁深基坑邻近隧道施工时既有隧道的受力与变形特性,以南京地铁9号线管子桥站基坑工程为背景,通过三维有限元分析,研究基坑开挖引起的既有隧道的受力与变形特性,计算结果表明：地铁基坑开挖引起的既有隧道最大沉降值为7.32 mm,最大水平位移为5.74 mm,隧道变形满足相关规范要求;隧道主体沿Y方向和Z方向产生的位移远大于沿X方向产生的位移;基坑开挖时,隧道敞开段与暗埋段会产生沉降差异,施工时应采取相应措施控制沉降差。