临近地铁深基坑开挖方案研究

邻近地铁基坑开挖会引起地铁结构变形,影响地铁运营安全。本文以某紧邻地铁车站大型基坑工程为背景,采用三维有限元数值分析的方法,模拟了基坑开挖施工的整个过程,分析了基坑开挖对地铁车站和区间隧道变形的影响。在此基础上,对支护方案进行了优化,并用三维有限元数值计算的方法对不同方案进行了对比分析。结果表明,增加围护结构的深度和抗弯刚度均能有效减小基坑开挖引起的地铁结构变形。其中,增加围护结构抗弯刚度对约束地铁车站和区间隧道的水平变形作用更明显;增加围护结构深度对减小地铁车站和区间隧道沉降的作用更加明显。     

武汉地铁隧道开挖引起地表沉降的数值模拟研究

城市地铁隧道开挖引起过大的地表沉降会对隧道工程本身及地表建筑物造成危害。有效预计并合理控制隧道开挖引起的地表沉降具有重要的实践意义。以武汉地铁虎名区间隧道开挖工程为背景,运用有限元数值模拟软件MIDAS/GTS建立隧道断面开挖的数值模型,计算隧道开挖引起的地表沉降量,与实测沉降量进行拟合; 根据隧道开挖过程中对应地表及临近建筑物的实际情况,优化开挖断面围岩预处理方案,建立优化后的断面开挖模型。模拟结果表明,优化后地表沉降仍在安全范围内,可以为类似工程沉降控制提供参考。     

隧道开挖对邻近桩基工作性能的影响研究

隧道开挖对邻近既有建（构）筑物桩基乃至整个建（构）筑物的稳定与安全带来不同程度的影响。采用大型通用有限元分析软件ABAQUS,结合工程算例,模拟隧道开挖对邻近桩基工作性能的影响。首先分析了当邻近桩基与隧道竖向轴线之间的水平距离和桩长变化时隧道开挖所引起的单桩反应变化规律;在此基础上,研究了隧道开挖对邻近群桩的影响,对比分析了群桩中基桩与单桩的工作性能差异,得出了一些对工程建设有意义的结论。     

昆明软土地区深基坑开挖对邻近地铁隧道稳定性的影响

昆明软土地区某建筑项目深基坑工程可能影响到地铁三号线某区间隧道的稳定性。在现场勘查和资料分析的基础上,运用三维有限差分法FLAC3D,分析了深基坑开挖卸荷过程中地铁区间隧道的位移、应力及塑性破坏状态,探究在现有基坑开挖支护设计方案下区间隧道的稳定性。结果表明:在现有的基坑开挖支护方案下,该深基坑开挖对地铁区间隧道的影响较小,符合相应的地铁保护技术标准,能够确保地铁隧道的安全使用。研究成果对该工程的稳定性及安全防控提供参考。     

浅埋暗挖地铁隧道开挖过程的模拟研究

在讨论浅埋暗挖地铁隧道开挖所引起的应力和位移释放的基础上,进行了隧道开挖卸荷的有限元模拟计算,讨论了开挖方式对地层位移释放的影响。模拟结果可指导隧道的施工设计。     

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统;通过模型试验,研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外,采用FLAC3D软件,对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较,地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力;（2）对于桩径和水平相对距离都相同,但桩长不同的桩基荷载,桩长与隧道埋深比值为1.0时,对隧道开挖效应影响最大,二者比值小于1.0时,其影响程度随着比值的减小而减小,二者比值大于1.0时,桩长的改变对隧道开挖效应影响较小;（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载,对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大,桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0.5～4.0时,桩基荷载对隧道开挖效应影响较大,隧道较危险,比值介于4.0～6.0时,影响较小,比值＞6.0时,影响可以忽略不计。     

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.     

基坑开挖对临近地铁隧道影响的两阶段分析方法

城市高层建筑施工中进行基坑开挖必然引起周围地层移动,从而造成临近地铁隧道纵向不均匀沉降,最终对地铁正常运营产生严重影响。针对目前该领域存在的三维有限元建模复杂及计算耗时的缺点,考虑基坑开挖引起的坑底和四周坑壁土体同时卸荷产生的影响,提出了基坑开挖对临近地铁隧道纵向变形影响的两阶段分析方法。首先计算基坑开挖作用在地铁隧道上的附加荷载,然后基于Winkler地基模型建立地铁隧道纵向变形影响的基本微分方程,根据Galerkin方法将该方程转换为一维有限元方程进行计算,同时研究了不同隧道埋深、距离基坑开挖现场远近、不同地基土质和不同隧道外径等因素对隧道纵向变形的影响。结合大型三维有限元数值模拟以及现场实测数据将计算结果进行了对比,得到较好的一致性。成果可为合理制定基坑开挖对临近地铁隧道的保护措施提供一定的理论依据     

大断面矩形顶管上跨施工对既有地铁隧道变形影响研究

大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道施工过程中,由于近距离开挖出土卸荷,导致既有地铁隧道产生上浮变形,危及地铁运营安全。本文以北京市通州区畅和西路(兆善大街—潞阳大街)综合管廊矩形顶管工程为背景,采用FLAC3D有限差分软件建立了大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道的三维数值模型,研究了双线矩形顶管上跨施工引起地铁隧道上浮的变形规律以及采用不同抗浮配重对既有地铁隧道的变形影响,并将模拟结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模型的准确性。研究结果表明:双线顶管上跨施工引起地铁隧道的上浮变形大于单线顶管引起的上浮变形,且最大上浮变形均位于顶管隧道轴线处;施加与开挖损失土体近似重量的配重,可改变地铁隧道原有水平变形规律,导致先穿越的地铁隧道整体向始发井方向移动,后穿越的地铁隧道整体向接收井方向移动。随抗浮配重的增加,地铁隧道上浮位移减小,所受拉应力减小,且施加开挖损失土体重量50%的抗浮配重,可以将地铁上浮变形控制在1.4 mm以内;研究成果为该工程地铁隧道抗浮设计提供了参考依据。     

紧邻地铁枢纽深基坑变形特性离心模型试验研究

对于紧邻地铁枢纽的深基坑工程,其开挖方式对基坑变形特性和施工安全控制有着显著影响。以上海某紧邻地铁隧道的深基坑工程为背景,其设计方案将该基坑工程划分为大、小基坑分别施工,重点研究大、小基坑的开挖方式对于围护结构及地铁隧道变形的影响。针对“先挖大基坑,后挖小基坑”的开挖方案,采用离心模型试验,研究开挖过程中地下连续墙和隧道结构的变形特性。试验结果表明,“先挖大基坑,后挖小基坑”的开挖方案可以有效地控制基坑变形,所得结论对于类似的紧邻地铁隧道深基坑工程设计与施工具有参考价值。     

暗挖隧道与邻近结构物相互作用研究现状及展望

软土中采用暗挖方式开挖隧道往往会引起土体变形。由于城市中暗挖隧道多建在建筑物高度集中的地区,土体变形对邻近既有结构物的损伤不容忽视。同时,既有暗挖隧道周围结构物的施工也不可避免地会引起隧道的变形和受力。文章主要阐述了目前暗挖隧道施工引起的土体变形对邻近地面建筑物、桩基、地下管线、既有隧道和基坑的影响以及邻近结构物施工对既有暗挖隧道影响的研究成果,并提出了需要进一步研究的课题及研究方法。     

邻近不同基础建筑物地铁盾构施工相互内力影响研究与分析

在建筑物密集的城区,盾构施工通常会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响。在考虑建筑物基础形式不同情况下,采用有限元方法对邻近不同位置建筑物工况下的盾构隧道施工进行了模拟和分析。研究表明：建筑物基础形式不同,对隧道衬砌的受力状况的影响也不同,在邻近建筑物的盾构隧道施工时衬砌要承受更大的内力值。对于隧道邻近浅基础建筑物的工况,隧道开挖对建筑物的影响比较大;但对于桩基础建筑物,邻近基础一侧隧道开挖引起的建筑物内力变化相对较小     

钻孔灌注桩施工对邻近运营隧道变形影响研究

桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用“钢套管边旋压边取土”、“群桩间跳施工”等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。     

考虑隧道降水和开挖施工过程的三维地面沉降模拟

明挖法是隧道施工中常用的一种方法,但其降水和开挖施工不可避免地会引起周围地面沉降。为了防止隧道施工对周围环境及建筑物产生严重的不良影响,地面沉降控制是检验施工支护设计合理性的关键。隧道施工造成地面沉降的主要原因有降水、开挖和支护作业,以往研究大多集中于单一因素的影响分析,为使分析结果更接近于工程实际,需将三者综合考虑,从全过程的角度进行三维模拟计算。为此,结合无锡市某湖底隧道建设,利用ABAQUS 有限元分析软件建立了三维模型,选取具有不同开挖围护结构方案的两个代表性区段,对隧道降水和开挖施工引起周围土体的位移和地面沉降进行模拟研究,模拟中考虑了止水帷幕、挡土墙和桩基础的施工,降水施工,以及开挖和支撑施工等,模拟结果与现场实测数据进行了对比验证,模拟结果表明：（1）随着与基坑距离的增加,土体从隆起逐渐转变为沉降继而再逐渐减小,开挖施工和降水施工对最终地面沉降量的占比分别为30%~40% 和60%~70%;（2）采用钻孔灌注桩围护的直立开挖段产生的地面沉降要大于同样深度的放坡开挖段;（3）桩基础有助于控制地面沉降。     

非对称基坑开挖对下卧地铁隧道影响的离心试验

非对称基坑开挖引起的卸载－再加载作用常常对下方已建地铁隧道产生不利影响。为明确基坑施工过程对既有隧道的扰动作用,运用土工离心试验系统开展离心模型试验,试验中考虑非对称基坑开挖的卸载－再加载过程,以及基坑与隧道的相对位置,并结合卸载－再加载过程的桩-土-隧道荷载传递机制,分析了不同开挖步和荷载施加对既有隧道位移和受力的影响。结果表明：基坑开挖引起了明显的地层损失,非对称卸载作用导致隧道发生上浮和偏移,基坑初次开挖对隧道的扰动较小,随开挖深度增加,扰动作用逐渐加强;距离基坑中心线近的左线隧道扰动作用更加明显,离基坑越远,基坑卸载－再加载扰动作用越不明显;荷载施加后,由于桩基荷载传递作用和隧道加筋阻拦作用,使得隧道衬砌应力重分布;位于两桩之间的断面扰动较明显,而位于桩侧附近的断面扰动较小,说明群桩效应对隧道扰动更明显。     

静压沉桩引起邻近隧道水平位移计算方法研究

静压沉桩过程中会产生强烈的挤土效应,使得桩周土及邻近的地下电缆隧道产生扰动变形,如果变形过大,可能破坏隧道的防水结构,造成隧道渗漏水,严重影响隧道的正常使用及安全。在圆柱孔扩张理论及基床系数法的基础上,研究了饱和软土地区静压沉桩作用下周边地层及邻近既有电缆隧道应力及水平位移的理论计算方法;考虑群桩效应,推导了单排群桩施工造成邻近既有电缆隧道水平位移的理论计算方法,并研究了群桩效应影响系数的取值范围;最后,开展了实际工程的理论计算和数值模拟。研究结果表明：提出的方法可方便计算出单桩及单排群桩施工造成的邻近既有电缆隧道的水平位移,计算结果与数值模拟结果吻合性良好。研究可为有邻近桩基施工时电缆隧道的扰动预测及保护提供参考。     

隧道近接桩基的安全系数研究

针对近年来隧道近接建筑桩基的情况较多,且施工控制难度大和造价高的问题十分突出。运用有限元强度折减法,基于Mohr-Coulomb强度准则,计算了多种不同情况下桩基础与隧道相互影响的隧道安全系数,包括桩基距隧道水平距离的影响、桩基埋深的影响和桩基荷载的影响。总结并提出了有实际意义的安全系数变化规律,计算表明,隧道近接桩基的临界距离为1倍洞径,当隧道与桩基水平距离大于1倍洞径时,桩基与隧道之间的相互影响可以忽略不计;桩基荷载的变化对隧道安全系数有较大影响,荷载增大1倍,安全系数约减小1/4。结论为隧道近接桩基工程建设提供参考依据。     

北京地铁浅埋暗挖施工对既有桥桩的影响分析

在隧道施工影响下,建（构）筑物的上部结构及其桩基础、地层、隧道施工四者处于一个共同作用的完整体系中,每一部分的工作状态都是四者协同工作、相互影响的结果。因此,应综合考虑各影响因素。首先,岩土体是隧道与桩基相互作用的重要媒介。地铁隧道浅埋暗挖施工时必然扰动地层,地层将施工产生的变形传递到临近桩基导致桩基承载力的降低,荷载变化通过桩基向上传递使上部结构产生沉降和变形。当变形超过一定程度时,将影响上部结构的正常使用和安全。因此,在施工影响下,对既有桩基进行分析和控制以确保上部结构的安全是隧道施工穿越既有桩基的关键。在对上部结构-桩基-地层-隧道施工四者相互作用关系、桩基变形机制以及注浆加固机制进行详细论述的基础上,采用2D－Sigma有限元软件模拟北京地铁5号线雍和宫站－和平里北街站区间过桥段浅埋暗挖施工对既有桩基的影响,得出桩基变形的一般规律。同时比较分析注浆前后桩基的不同响应,提出注浆加固地层的必要性及相关的工艺参数。最后,将桩基变形的预测结果与现场实测结果进行对比分析,两者规律基本一致。研究表明,注浆加固地层对减小桩基变形、确保上部结构安全是非常有效的,这将对以后的地铁施工具有指导作用。