基坑开挖对下卧隧道变形影响分析及合理加固范围研究

在深圳市桂庙路快速化改造工程施工过程中,前海段下沉式隧道需要采取明挖基坑的方式长距离平行上跨既有的地铁11号线隧道,而基坑开挖会使下卧隧道产生结构变形和附加受力,从而影响隧道的运行安全。借助数值分析软件,对基坑施工过程进行动态模拟,对比分析了不同旋喷桩地基加固情况下基坑开挖对下卧隧道的受力和变形影响。在此基础上,提出了合理的地基加固宽度和深度,把地铁隧道变形控制在规定范围内。最后,通过对现场监测数据的分析,验证了所提地基加固方案能有效控制下卧隧道的变形,并为以后类似工程的设计与施工提供了借鉴和参考。     

既有地铁隧道上方明挖基坑施工方案分析

明挖基坑施工对邻近地铁隧道的影响是工程设计和施工中的难点。选取杭州市延安路至仁和路过街通道基坑开挖作为工程案例,采用三维有限元分析的方法,针对地铁隧道上方浅覆土工况,基坑开挖中采用地基加固、分期开挖等技术方案以减少对既有地铁隧道的影响,提出门式框架加固、分期开挖及控制降水等保护措施。研究结果表明,施工期各监测数据稳定合理,数值模拟与现场实测数据基本吻合,基坑开挖保护措施切实有效。     

地铁隧道上方长距离并行基坑开挖的施工影响及变形控制

在深圳市桂庙路快速化改造工程施工过程中,前海下沉段需要长距离并行既有的地铁11号线隧道。这不可避免地会使下卧地铁隧道产生结构变形和附加受力,进而影响地铁隧道的运行安全。借助数值分析软件对基坑施工过程进行动态模拟,对比分析了不同工况下的坑顶土体放坡开挖、坑内土体开挖、主体结构施工等不同施工步序对下卧地铁隧道结构的受力和变形影响。在此基础上,提出了基坑分段开挖、控制基坑一次纵向开挖长度、前一段基坑开挖完毕后迅速施工底板等施工控制措施。现场监测数据验证了所提施工方法能有效控制下卧地铁隧道的变形。     

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。     

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。     

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。     

两侧深基坑开挖对近邻地铁车站及隧道变形影响的优化分析

基坑周围环境的保护要求日趋严格,基坑工程近邻地铁车站和隧道的情况亦日益常见。为此,优化基坑开挖方案以控制车站和隧道的变形则至关重要。以天津市某与地铁车站贴建的深基坑工程为背景,采用考虑土体小应变硬化特性的有限元方法,结合3种不同开挖顺序的施工方案,分析两侧基坑开挖对既有车站和隧道变形的影响。计算结果表明,在控制车站和隧道变形方面,对称开挖的施工方案最优,合理制定两侧基坑开挖的顺序能有效控制车站和隧道的水平位移,但对隧道沉降的控制效果不明显;非对称开挖时,先施工小基坑优于先施工大基坑。     

基坑开挖引起下卧既有隧道变形的简化计算方法

为得到基坑开挖对邻近下卧既有隧道变形受力影响，提出一种可预测基坑开挖对下卧隧道竖向变形影响的简化计算方法。采用Mindlin解获得基坑开挖引起既有隧道轴线处的附加应力，将隧道假定成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Vlasov地基；引入隧道侧向土体的影响，考虑既有隧道两端约束，进一步得到隧道竖向变形差分解。工程案例研究表明：与既有文献中有限元数据和实测数据对比，验证了该方法计算结果的合理性；与将隧道搁置在Vlasov地基模型(EB-V模型)和Winkler(EB-W模型)地基模型的解析计算结果比较，本文方法计算结果更贴近实测数据。进一步参数研究表明：隧道与基坑中心间距、隧道埋深以及土体模量的增大会引起隧道竖向变形及内力减小；随着既有隧道抗弯刚度逐渐增大，隧道竖向变形会逐渐减小，但会引起既有隧道内力增大。     

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。     

基坑分块开挖对下卧盾构隧道的变形影响分析

为研究分块开挖基坑对下卧盾构隧道保护的有效性,以深圳市双界河路段某基坑工程为例,建立三维有限元模型,对比下卧盾构隧道竖向位移计算值与实测数据,在此基础上分析不同分块开挖方式对下卧隧道附加弯矩、内径变形的影响,并进一步研究分块开挖与坑底土体加固共同作用下隧道的变形规律。结果表明:在分块数量相同的情况下,横向分块的开挖效果要好于纵向分块开挖,且横向分块数量越多,对隧道竖向位移控制效果越好;隧道最大附加弯矩在拱顶处,隧道整体呈拱顶、拱底处伸长,拱腰处压缩的变形趋势;坑底加固土体可有效控制隧道竖向位移,在隧道变形控制较为严格的工程中,建议在开挖前对坑底土体进行加固。     

基坑开挖与降水引起下卧隧道变形的解析计算方法

在针对基坑开挖对下卧既有隧道影响的预测方法中,常规解析计算方法仅考虑了开挖卸载对下卧隧道的影响,忽略了基坑降水因素的作用,必将使其预测结果存在一定误差。提出一种新的计算方法,该方法基于附加荷载两阶段法,结合土的有效应力原理,Mindlin解和Pasternak双参数地基模型,初步探讨了包含基坑降水因素影响的基坑施工对其下卧既有隧道的影响,并分析了降水因素在整个影响过程中的作用。最后以深圳车公庙枢纽工程西风道基坑为案例,将计算结果与既有隧道变形监测数据对比,验证了本文计算方法的有效性。     

地铁盾构隧道下穿既有高铁桥数值模拟及实测施工影响分析

为研究地铁盾构隧道下穿既有高铁桥引起的地面建(构)筑物沉降机理及施工方案的合理性，以广州地铁18号线下穿广深港高铁桥为例，采用三维有限元分析软件MIDAS-GTS对盾构隧道开挖的全过程进行数值模拟，研究由地铁盾构隧道下穿高铁桥造成的地面沉降及桥桩变形影响。同时，将桥墩墩顶位移及地铁隧道结构变形的现场监测数据和数值模拟结果进行对比分析，研究了造成二者差异的主要因素。研究结果表明：场地工程地质条件良好且围岩自支撑能力强，采用盾构法直接下穿沙湾水道特大桥，在采用隔离桩加固措施后，桥桩沉降及其水平变形均在可控范围内；盾构施工对桥梁桩基的附加内力较小，既有桥梁的结构刚度能满足其抵抗变形的要求；区间地铁与桥梁桩基净距较大，同时地层情况以中风化粉砂质泥岩为主，当采用隔离桩加固措施后，区间地铁开挖对桥梁影响较小；桥墩最大实测沉降是其数值计算结果的1.15倍，监测结果与数值模拟结果保持了较好的一致性。     

不同加固措施下竖井式基坑开挖引起的下卧地铁隧道竖向隆起变形规律

依托深圳前海自贸区某地下道路的基坑直接放坡明挖工程,研究基坑开挖卸荷对其下方地铁11号线、5号线隧道竖向隆起变形的影响.基于文克尔地基模型的加权残值法微分方程提出下卧隧道竖向隆起变形的力学模型;结合项目特点提出保护下卧地铁隧道的竖井式基坑施工加固方案及组合措施;通过FLAC 3D数值模拟,对比分析未采取任何措施及逐步施...     

富水砂层地铁换乘车站施工对既有车站影响研究

依托实际工程,采用流固耦合的数值分析方法,并结合现场实测数据,对比研究富水砂层地区换乘车站施工期间,不同降水深度和开挖方式对既有车站的影响规律。结果表明：基坑降水的渗流固结作用有利于缓解坑底土体因开挖卸荷和围护结构挤压引起的隆起,考虑基坑降水的数值计算结果更接近实际值;基坑降水有利于抑制坑底隆起,对于变形要求相对严格的工程,可适当增加坑底降水深度来控制既有车站上浮量;对于一侧开挖面积较小的十字换乘车站,对称开挖对竖向位移的影响不大,但对水平位移影响较为明显。     

基于流固耦合的深基坑开挖对邻近地铁站影响研究

依托天津市太阳城商业地块基坑工程项目，采用MIDAS/GTS数值模拟软件针对不同建模方案及不同降水方式建立三维有限元数值模型。通过对比数值模拟结果与实际监测结果发现，基于流固耦合的数值模型计算结果与实测值吻合度较好，非流固耦合模型计算结果与实测值相差较大；不同降水方式对基坑周边地表竖向变形影响要大于水平变形，基坑工程降水开挖应考虑流固耦合影响；在考虑流固耦合情况下进一步分析基坑降水开挖对邻近地铁车站影响，地铁车站最大水平位移3.36 mm,最大竖向位移7.76 mm,基坑开挖过程对邻近的2号线地铁车站及其附属结构造成的扰动相对较大。     

与既有地铁并行的车站深基坑变形数值模拟分析

基于杭州地铁8号线和既有线路并行的车站深基坑工程案例,进行Plaxis二维和三维数值模拟,研究基坑开挖和车站回筑过程中,基坑以及既有地铁结构的变形型态和受力状况,论证既有结构的安全性。并通过对比二维和三维数值分析,验证分坑的有效性。对于和既有地铁线路平行的长条形基坑,设置封堵墙、跳坑施工是减小对既有结构影响的有效措施。在基坑开挖及回筑过程中,既有区间隧道会发生斜向坑内的以水平位移为主的变形,竖向位移为沉降,变形后区间呈鸭蛋状;既有车站结构会发生斜向坑内的变形,竖向位移为隆起。基坑开挖及回筑完成后,整个既有区间在长度方向上呈"W"状,位移大值发生在各个基坑的中间部位,位移小值发生在各个封堵墙位置。     

明挖异形基坑下穿高架桥及近接航站楼施工的影响与控制

为研究明挖异形基坑施工对近临既有结构的施工扰动影响与控制效果，以南宁空港枢纽联络通道基坑工程为例，针对明挖异形深基坑下穿机场出发层高架桥和近接航站楼的施工问题，采取有限元数值模拟和现场监测相结合的方法，研究了复杂环境下基坑开挖引起的围护结构及其周边建筑物的施工扰动效应及变形特征。在此基础上，提出了基坑非同步分层、分区和分块开挖的方案，以及采取人工挖孔桩作为局部围护结构的施工控制措施，最终使得明挖异形基坑顺利开挖并实现对周边建筑物变形的有效控制。研究结果显示：基坑开挖后的桥梁呈现东边沉、西边隆的形态；周边地面沉降量排序为中间段地面沉降量>基坑南端地面沉降量>基坑北端地面沉降量>基坑北端放坡段沉降量，与数值模拟结果中的桥梁桩基差异沉降规律一致。     

紧邻地铁隧道的搅拌桩加固施工控制技术试验研究

在对骑跨于运营地铁隧道上的软土基坑施工中,常进行坑内和坑外深层搅拌桩加固,以控制基坑开挖变形保护下卧隧道。但搅拌桩施工本身会对土体结构进行扰动和破坏,产生挤土效应和超静孔隙水压力,从而影响下卧隧道结构。为此结合苏州星港街上跨地铁线工程,研究了改良的施工工艺和控制技术。分析提出了通过调整三轴搅拌桩水灰比、提升及下沉速率、加固水泥掺量等参数来优化搅拌桩施工工艺,并根据现场试验结果得到了合理的施工参数。     

既有地铁隧道上方基坑开挖特性研究

基于长沙轨道1号线隧道上方的某地下空间开发工程案例,通过Plaxis 3D有限元软件对基坑开挖引起下方隧道结构变形以及管片内力进行数值模拟分析,研究每一开挖工况下隧道结构的变形以及管片结构的内力,并据此提出合理的分仓开挖宽度等施工措施。得出在此类基坑中,减小基坑一次性开挖暴露的隧道长度对减小下卧隧道的隆起量至关重要,并详述分仓开挖后基坑以及盾构区间的变形形态。     

新建两并行盾构隧道下穿高铁隧道模型试验研究

为研究新建盾构隧道下穿施工对既有高铁隧道的不良影响，采用离心模型试验模拟两并行盾构隧道下穿高铁隧道开挖施工。研究了两并行盾构隧道下穿施工时既有高铁隧道结构内力、拱顶变形、拱底变形和地面沉降的变化规律，同时考虑高铁隧道沉降缝对其结构的影响。模拟研究表明：后行盾构隧道开挖引起的不利影响小于先行盾构隧道开挖引起的不利影响；对于无沉降缝的既有隧道，仰拱和拱顶纵向沉降分别呈U形和反U形；考虑沉降缝时，既有隧道拱顶、地面沉降值增加了100%以上，既有隧道最大纵向弯曲应变、剪应力减小了60%;沉降缝的存在不会改变高铁隧道的横向弯曲应变和变形趋势，但是在数值上会有所降低。