地铁盾构隧道上方基坑开挖卸荷-加载影响研究

为提升地铁盾构隧道的防灾减灾能力,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域的基坑工程为基础,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究了上方基坑开挖卸荷-加载作用下地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并对基坑底部与盾构隧道顶部净距和基坑加载强度的影响进行了分析。研究结果表明：盾构隧道上方基坑开挖卸荷-加载过程中,随着基坑开挖卸荷的进行,盾构隧道逐步上浮,基坑开挖至底部时,竖向位移达到最大值;随着基坑加载的进行,竖向位移可得到适量恢复,最大竖向位移差及最大水平位移差均出现在基坑开挖卸荷完成阶段,此时应尽早完成基础底板封闭施工。基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道围土压力始终呈葫芦型对称分布,盾构隧道顶部及底部土压力较大,腰部土压力较小,基坑开挖卸荷完成后,长轴方向土压力明显减小,基坑加载完成后,土压力有所恢复,但并未达到最初状态。随着基坑底部与盾构隧道顶部净距的增加,盾构隧道结构位移、拱顶与拱底竖向位移差及水平收敛均逐步减小,当净距大于3 h（h为基坑深度）时,上方基坑卸荷-加载对盾构隧道影响逐步趋于轻微。在基坑加载强度为卸载强度的2倍时,盾构隧道竖向位移可恢复至最初状态。     

深基坑开挖卸荷对下卧既有地铁隧道的影响分析

长沙田汉大剧院地下空间商业项目一期基坑工程位于地铁1号线某区段正上方,坑底距隧道顶的最小距离约为6.2m。基坑坑底位于圆砾层中,地下水较丰富,考虑到降水对周边环境的影响,基坑工程采用封闭式止水帷幕并设置抗浮锚索。基坑开挖、降水引起的土体卸荷、地下水渗流,以及施工的抗浮锚索,共同影响坑底土体回弹,从而对下卧地铁隧道产生影响,如何分析与计算其影响成为该项工程的重点和难点。为此先通过两种常用的回弹变形估算方法计算坑底回弹量和隧道隆起位移;然后利用MIDAS GTS有限元软件建立三维数值分析模型,分别进行3种工况的模拟,包括不考虑地下水渗流影响并不采用抗浮锚索工况,考虑应力渗流耦合但不采用抗浮锚索工况,考虑应力渗流耦合并采用抗浮锚索工况。对比分析表明:帷幕渗透率较低时,考虑应力渗流耦合与不考虑渗流影响的坑底回弹和隧道隆起位移模拟结果基本一致;规范推荐估算方法在合理修正其卸荷应力,并确定合理的卸荷影响深度后,其计算结果与数值模拟结果相近。所得成果可为优化设计和施工提供有益的参考,并为类似工程提供借鉴。     

基坑开挖引起下卧隧道隆起变形的实测数据分析

在上跨隧道的基坑工程中基坑开挖常引起下卧隧道发生结构变形,限制隧道的隆起变形成为基坑施工控制的关键。详细介绍了该类工程的特点,包括交叉形式、隧道变形特点、常见控制措施等,对近期国内发生的39例类似工程进行分类总结,分析了隧道纵向最大隆起变形与各影响因素间的关系,并提出了隧道最大隆起变形的预测模型。结果表明,该类工程中工程地质对隧道的隆起变形影响较大,工程地质条件越差隧道的隆起变形越难控制;开挖深度、基坑面积、基坑形状同样是影响隧道隆起变形的重要因素,基坑开挖面积及深度越大,形状越不规则,隧道的隆起变形越大;在软土地区,当基坑开挖面积及深度较大时设置抗拔桩能显著减小隧道的最大隆起变形。     

基坑开挖引起下卧隧道隆起变形的实测数据分析EI北大核心CSCD

在上跨隧道的基坑工程中基坑开挖常引起下卧隧道发生结构变形,限制隧道的隆起变形成为基坑施工控制的关键。详细介绍了该类工程的特点,包括交叉形式、隧道变形特点、常见控制措施等,对近期国内发生的39例类似工程进行分类总结,分析了隧道纵向最大隆起变形与各影响因素间的关系,并提出了隧道最大隆起变形的预测模型。结果表明,该类工程中工程地质对隧道的隆起变形影响较大,工程地质条件越差隧道的隆起变形越难控制;开挖深度、基坑面积、基坑形状同样是影响隧道隆起变形的重要因素,基坑开挖面积及深度越大,形状越不规则,隧道的隆起变形越大;在软土地区,当基坑开挖面积及深度较大时设置抗拔桩能显著减小隧道的最大隆起变形。     

基坑开挖对涉支护结构下穿盾构隧道变形的三维模拟与影响规律研究

依托某大厦基坑支护工程项目,研究深厚软土地层中基坑开挖对涉支护结构下穿盾构隧道变形的影响规律。采用三维有限元数值模拟分析隧道顶部支护桩的长度对支护结构变形和隧道隆起的影响,并将数值模拟结果与现场监测结果进行对比。结果表明：深厚软土地层中基坑开挖对下穿盾构隧道产生了较大的隆起变形;因下穿隧道的影响,隧道顶部支护桩嵌固深度的减小对支护结构的变形和下穿隧道的隆起会产生重要影响,当支护桩底与隧道顶的竖向间距S＞4 m或支护桩边缘与隧道边缘的水平间距S1＞4 m 时,支护桩的踢脚位移和下穿隧道的隆起变形迅速增加。研究成果可为类似工程提供应用参考和理论支撑。     

箱形隧道基坑下已建地铁盾构隧道隆起位移的控制分析与设计

结合南京火车站站前广场龙蟠路隧道（南侧）西段上跨已建成的地铁1号线双线盾构隧道时的基坑支护工程,采用排桩与桩板支护法有效地解决了基坑开挖中盾构隧道隆起位移控制的难题。并就箱形隧道基坑下已建地铁盾构隧道隆起位移的控制分析计算、排桩与桩板支护设计及施工方法、施工中的位移监控量测结果作了较详细地分析论述。     

地铁盾构隧道近距离上穿既有线路纵向变形计算方法

针对新建地铁盾构隧道近距离上穿施工引发运营地铁线路不均匀变形问题,将既有线盾构管片视为一系列位于Pasternak基础上由拉伸弹簧、压缩弹簧和剪切弹簧连接的弹性地基短梁,考虑了管片间转动效应和剪切效应以及管片与土体相互作用,建立了基于Mindlin理论的新建盾构隧道施工引起的附加应力以及基于最小势能原理的既有隧道纵向变形的计算方法。结合实测数据与已有方法对比,验证了方法的适用性,并根据工程实例,采用该方法对影响纵向变形的管片连接、土体力学参数、新线与既有线相对位置参数及加固效果进行了分析。结果表明：新建隧道施工至上穿部位时摩擦力f和注浆压力p对既有隧道变形影响较大,穿越既有隧道后纵向变形主要受卸荷附加应力F影响;随着管片间剪切刚度ks、抗拉刚度k T增大,既有线路隆起变形减小,其中ks影响相对较大,工程中可从增强ks和kT的角度控制隧道变形;环形支撑加固措施能有效控制既有线纵向变形,且环间距1.5 m、交叉点左右各3～5环可取得良好效果。     

软土地区双侧深基坑施工对邻近地铁车站及盾构隧道变形影响的分析

以某软土地区邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑工程为背景,运用ABAQUS数值计算软件对邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑施工进行数值模拟,研究了双侧深基坑施工过程对基坑坑内土体隆起与坑外土体沉降的影响,分析了双侧深基坑施工过程中地铁车站及盾构隧道变形情况,得出地铁车站及盾构隧道变形规律。计算结果表明:基坑内侧土体隆起最大值为54.3 mm;围护结构X向位移最大值为32.8 mm,Y向位移最大值为26.8 mm;车站竖向位移最大值发生在A1区开挖至坑底工况,最大值为6.8 mm,而车站水平位移最大值为7.6 mm;弯矩累计增量最大值155.9 kN·m/m,经计算,施工过程对车站主体结构影响很小;盾构隧道X向水平位移最大值为4.7 mm;而盾构隧道沉降最大值为3.8 mm,发生在A1区开挖至坑底工况。      

基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟

上海新金桥广场基坑工程位于地铁区间隧道的正上方,坑底距隧道顶的最小距离仅为4 m.基坑开挖对该地铁区间隧道影响的分析与计算成为该工程的关键.为此建立了该基坑工程的数值分析模型,模型充分考虑了设计中隧道周围土体加固、充分利用时空效应开挖土方等重要措施,并采用了能反应应力路径的上海软土卸荷模量.数值模型对实际施工工况进行模拟,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对地铁隧道的影响.为优化设计和施工提供了有益的参考.     

盾构隧道平行侧穿诱发的建筑纵向沉降实测与模拟分析

当盾构隧道平行侧穿建筑物时,大多关注建筑物的横向沉降规律,对其纵向沉降关注较少。为此,针对盾构隧道平行侧穿建筑物引发的空间变形开展研究。首先,对天津地铁6号线平行侧穿四座结构形式相近的砖混建筑的实测数据进行分析,得到建筑物基本变形模式;基于工程实测并考虑土体的小应变硬化特性建立三维有限元数值分析模型,研究了盾构侧穿引发的建筑物纵向挠曲、土体变形与应力变化规律,并分析了不同建筑平面长宽比的影响。结果表明,盾构隧道平行侧穿将诱发平面长宽比较大的建筑出现"下凹式"挠曲变形,纵墙中部沉降最大可为其角点沉降的2倍,平行侧穿并不能简化为平面应变问题进行分析。建筑物修建和盾构开挖将导致隧道上方土体经历较为复杂的应力变化过程,并可划分为6个阶段。沿建筑纵向基础中部的土体与边缘土体相比,其首先经历更大的压缩变形(建筑施工导致),在盾构穿越后又产生了更大的卸荷变形。当建筑平面长宽比小于2时,盾构开挖导致的纵向挠曲变形将显著减小。     

基坑开挖对下方既有盾构隧道影响的实测与分析

对基坑开挖影响下方既有盾构隧道的机制进行了理论分析。收集了14个国内基坑工程实例,对实测数据进行了统计分析,结果表明：盾构隧道的最大竖向位移均为隆起,且有64%的隧道隆起值超过报警值(10 mm),提出了隧道最大隆起值的经验预测公式;隧道水平向位移较少量测,实测值较小;收敛变形由“水平向拉伸、竖向压缩”向“水平向压缩、竖向拉伸”转变。基于杭州市延安路某地下过街通道工程,研究了基坑开挖对下方地铁1号线盾构隧道变形的影响,对隧道竖向位移、水平向位移以及水平向收敛的实测数据进行了分析,其结果验证了理论分析和计算公式的可靠性。     

基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析

根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据,对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究,探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。研究发现,基坑开挖前期围护结构施工和降水均对地层和邻近地铁产生了不容忽视的初始位移影响,围护结构长时间无支撑暴露是基坑侧移快速增长的危险时段;基坑开挖具有空间效应,中部侧向变形要大于边角,且单向开挖易造成后挖区土体的位移场和应力场叠加,引起邻近隧道的最大变形向后挖区偏移;基坑开挖深度与邻近地铁埋深相近时,隧道结构产生显著的水平位移和“横鸭蛋”式收敛变形,竖向位移波动不大;深层土体侧移曲线表现为“阶梯鼓肚形”,土体最大水平位移与隧道变形在小范围内呈线性关系,但随着侧移量的增大,隧道变形发生偏离拟合曲线的超线性增长,在工程中应值得关注。     

基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究

为研究运营盾构隧道附近基坑开挖对隧道管片受力的影响,针对基坑开挖引起旁侧盾构隧道围压变化的机制进行了分析,提出了一种能描述隧道受力-位移-再平衡过程的附加围压重分布模型,并推导出附加围压的计算公式。采用修正惯用法计算相应围压作用下的衬砌内力。根据实际工程做算例分析,研究基坑开挖对盾构隧道围压和内力的影响,并进行影响因素分析。分析结果表明：基坑开挖前隧道围压呈“钟形”分布;当基坑开挖后,隧道两侧的围压减小,基坑开挖侧的围压减小量更多;基坑开挖会使旁侧隧道正负弯矩值和正负剪力值增大,拱顶和拱底的轴力减小;随着基坑侧壁应力释放系数的增大,附加围压和附加弯矩的绝对值都会增加,而弯矩对基坑开挖卸载的响应更为明显;埋深较浅的盾构隧道对旁侧基坑开挖的影响更敏感,埋深较大的隧道,尤其是埋深大于基坑开挖深度的隧道,对旁侧基坑开挖影响的敏感度会明显降低;随着基坑与旁侧隧道净距的增加,基坑开挖对隧道的影响也会减小。     

基坑开挖卸载引起下卧已建隧道的纵向变形研究

城市地下空间开发中经常遇到已建隧道上方进行基坑开挖的情况,如何提前预测已建隧道的纵向变形是目前工程界普遍关心的问题。基于能够考虑土体变形连续性的Kerr地基梁理论,分别将已建隧道简化为欧拉伯努利梁和铁木辛柯梁,将Mindlin基本解积分得到已建隧道纵向上的附加荷载,建立了基坑开挖卸载对下卧已建隧道影响的解析分析方法,探讨了隧道剪切刚度对隧道纵向变形的影响。研究发现,当隧道剪切刚度趋于无穷大时,Kerr地基上的铁木辛柯梁退化为欧拉伯努利梁,当隧道等效剪切刚度有效系数 时,已建隧道的剪切刚度对其纵向变形和纵向曲率产生显著影响,必须予以考虑。将文中的分析方法应用于郑州市某基坑工程,通过实测数据反分析得知水泥土有效卸荷系数为0.22,对快速开挖、快速等量加载的抽条开挖方式用各条基坑独立开挖,计算结果叠加的方法进行预测,将预测的结果与地铁最终上隆量进行对比,较为吻合。     

基坑开挖对近邻运营地铁隧道影响规律研究

对某邻近基坑开挖的地铁隧道的水平位移和沉降的时空分布做了深入分析。由于软土的蠕变效应,应考虑基坑分块开挖的先后顺序造成的时空效应的影响,以及基坑围护体系的水平支撑结构对土体位移的限制作用。基坑开挖对邻近地铁隧道的影响范围为2.5倍开挖深度,而对于远基坑的右线,影响范围更低,甚至低至1.5倍开挖深度。将基坑和隧道的监测数据联系分析,得到比值与水平距离的关系曲线,将基坑监测数据代入拟合公式,对地铁水平和垂直位移进行估算。隧道水平位移与邻近的同深度土体水平位移的比值（?）,其最大累计位移点的? 较多地处在0.60～0.65范围,在底板浇筑都已完成后,稳定在0.60。隧道沉降与邻近地表沉降的比值（?）,其最大累计沉降点的?,较多地处在0.50～0.60间,底板浇筑完成后,稳定在0.52±0.05水平。     

开挖卸荷状态下深基坑变形特性研究

深基坑开挖时因为卸荷作用会引起土体强度一定程度的降低,土体强度的降低会引起支护结构上土压力的变化,利用卸荷前土体强度指标进行土压力计算势必会小于实际情况,从而导致土体及支护结构变形计算值与实测值有一定的偏差。在深基坑开挖时,仅采用施工监测等手段进行事中控制是不够的,必须预先对变形值的发展规律做出模拟和预测。为探索深基坑开挖时,卸荷作用对基底土体和侧向土体强度特性和变形特性的影响规律,结合天津富力响锣湾大型基坑开挖,对开挖过程中土体基底回弹情况、支护结构以及周边土体的变形情况进行了全过程监测,利用试验结果数据计算出天津市富力响锣湾大型基坑开挖项目的卸荷强度参数,为后续数值模拟计算参数的选取提供了依据;利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,分别采用原状土的强度参数和卸荷参数对开挖过程中土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形情况进行了模拟,研究了两种情况下土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形规律,并将有限元模拟结果与监测结果进行了对比。研究发现,本工程土体卸荷后的扰动区在基底以下3～4 m范围,强度折减可达到20%～35%,根据卸荷比确定了周边土体强度折减为10%～15%;有限元模拟结果与实测值基本一致。通过分析可以看到,考虑基坑开挖卸荷作用是符合工程实际情况的,因此,建议在深基坑开挖设计时考虑土体的卸荷效应。该分析方法可为同类深基坑设计提供参考。     

盾构法隧道开挖卸荷回弹试验研究

本文以上海某盾构法隧道开挖为例,根据原状土卸载应力路径下的回弹试验结果,探讨了土体在卸荷状态下的变形特性,并对盾构法隧道开挖卸荷影响深度进行了初步分析探讨。