基坑开挖对下卧运营地铁隧道影响的数值分析与变形控制研究

以紧邻已运营天津地铁1号线既有隧道箱体上方的西青道下沉隧道基坑工程为背景,结合现场实测数据,采用ABAQUS软件对基坑的实际施工过程进行动态模拟。在此基础上分析既有隧道箱体两侧的土体加固、浇筑底板与抗浮桩形成“保护箍”以及堆载回压等措施对既有箱体轨道的影响及其有效性,指出有针对性地综合采用上述保护措施,能够及时有效地控制既有箱体轨道上抬,保证地铁的安全运营,并进一步研究了不同加固参数对既有箱体轨道变形的影响规律,结果表明：提高各加固参数能减小箱体轨道上抬及变形缝处的箱体间差异变形,但其加固效果却随着参数的增加而减弱,存在着一个合理的参数范围,为施工设计的优化提供依据。     

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。     

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FLAC^3D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。     

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。     

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     

邻近基坑开挖的运营地铁车站结构安全度分析

为保证既有地铁车站的正常运营和地下车站结构的安全,在邻近基坑开挖过程中就需要严格控制运营地铁车站结构的变形。结合上海某邻近基坑开挖的运营地铁车站,运用叠加原理,采用有限元荷载结构法和强制位移法,分别按照裂缝控制和强度控制来对车站标准段结构的稳定性及其允许变形进行分析和反算,为基坑施工提供车站结构变形的控制标准     

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。     

复杂地质条件下紧邻地铁隧道基坑工程支护方案研究

为了解决高岩面地质条件下基坑支护方案的选型及邻近地铁隧道保护措施的问题,本文提出了基于地层稳定性分析结果的基坑支护方案选型方法。通过一实际工程,介绍了地层稳定性分析的具体应用过程,并结合三维有限元分析方法,研究了采用吊脚桩支护下的基坑工程开挖对周边地铁隧道的影响问题。最后利用基坑施工过程中的监测数据及邻近地铁隧道监测数据,验证了本文所提出的地层稳定分析方法的可行性和高岩面地质条件下吊脚桩基坑支护方案对邻近地铁隧道保护的有效性。     

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。     

邻近开挖对既有软土隧道的影响

采用两阶段分析方法,提出了邻近开挖对既有软土隧道纵向受力变形影响的简化计算方法。针对软土隧道开挖情况,第1阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析解计算开挖引起的土体自由位移场;针对基坑开挖情况,第1阶段根据Mindlin理论解计算邻近荷载作用引起隧道的附加应力;第2阶段基于Winkler地基模型将既有隧道视为弹性地基无限长梁,将土体自由位移或附加应力施加于隧道,并建立求解该问题的纵向变形方程,从而得到隧道纵向位移和内力的计算表达式。结合离心模型试验结果和工程实例进行分析,验证了方法的有效性。研究成果可为合理制定邻近施工对软土隧道的保护措施提供依据。     

地铁竖井施工过程中周边环境响应分析

为明晰地铁竖井施工过程中周边场地的响应,减少地铁施工风险,以长春地铁1号线自由大路车站竖井工程为背景,采用有限元软件对竖井周围场地及邻近建筑物沉降进行数值模拟。探讨了倒挂井壁法竖井施工过程中周围场地地表变形特点和机理,分析了工程中隔离排桩的作用。研究表明:衬砌水平变形与井底隆起变形是竖井开挖引起周围地层变形移动的主要原因;设置的隔离排桩阻断了上部地基的变形传递,降低了竖井开挖施工对周边建筑物地基的累积沉降及差异沉降量的影响。最后,对隔离排桩桩长设置进行了探讨。研究成果对类似相关工程的设计与施工具有借鉴意义。     

Analysis and design aiming at control of upwarping deformation of existed tunnel under new tunnel’s excavation

The protection of two existed tunnels which are right under the Longpan tunnel’s excavation located in Nanjing Railway Station’s Square is presented. Due to the combining use of piles retaining and strips of excavation, the existed shield tunnel’s upwarping during the excavation is controlled successfully. The analysis and calculation of existed tunnel’s upwarping, the piles retaining’s design and the deformation’s supervision during the construction are also analyzed in detail. This excavation made a good example for the future similar engineering.     

邻近建筑物的暗挖隧道施工数值模拟

软土中采用暗挖法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建筑物的损伤不容忽视。采用二维有限元方法对邻近中、低层建筑物(采用整体基础)工况下的暗挖隧道施工进行了模拟和分析,建筑物长15 m。研究结果表明：建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降和衬砌的受力与变形,同时隧道开挖也会使邻近建筑物产生附加应力和变形。当隧道轴线与建筑物轴线的水平距离 0 m时,建筑物相对安全;当 时,建筑物会产生朝向隧道一侧的倾斜。当 为2.5～20 m时,产生较大的地面沉降,建筑物的首尾沉降差较大,建筑物较危险;当 为30～40 m时,建筑物的存在对隧道施工的影响较小;当 40 m时,建筑物的存在对隧道施工的影响可以忽略不计。由于基础的存在,建筑物的最大弯矩、轴力和剪力的变化量较小,增大量在10 %以内。     

扁平大跨度公路隧道松动荷载计算方法探讨

确定松动荷载的方法多为规范法和理论公式法,这些方法都建立在对以往隧道松动荷载统计和分析的基础上。双洞八车道扁平大跨度公路隧道是近几年发展起来的一种隧道形式。由于其跨度增加、扁平率降低,现有松动荷载的算方法是否适用于双洞八车道公路隧道,已成为隧道建设者面对的重要问题之一。以广州龙头山双洞八车道公路隧道为研究背景,概括和总结了各种松动荷载的计算方法;应用这些方法计算龙头山隧道的松动压力,分析和对比计算结果,并通过数值计算和实测围岩压力对各种方法的合理性进行了分析;根据各种方法的产生背景和内容,分析其各自的适用性;根据研究结果,对扁平大跨度公路隧道进行了适应性分析和讨论。     

重叠隧道上覆地层变形规律分析

通过对深圳地铁Ⅰ期工程浅埋暗挖法施工的重叠隧道现场调研,并结合施工中的试验、监测成果对重叠隧道上覆地层（地表、地中）水平、竖向变形和隧道结构变形进行了综合分析,明确了富水含砂软弱地层地铁隧道拱顶沉降大于地表沉降的事实,得到地层变形的三维变化规律和重叠隧道分步开挖的施工时空效应;并实测得到未降水施工条件下隧道结构周边超静孔隙水压力分布及其随开挖变化规律。研究结果对于同类地层条件下地铁隧道设计、施工有一定的借鉴作用。     

新建盾构隧道上穿对既有隧道的变形影响分析

针对上海地铁11号线上、下穿越既有地铁4号线的多线叠交复杂工况,构建三维弹塑性有限元模型,研究在不同净距、不同土仓压力、不同注浆量下新建隧道盾构穿越对既有隧道管片变形的影响。根据模拟结果和实测数据,结合因素正交分析,提出多线叠交隧道施工影响系数的概念。研究结果表明,在新建隧道穿越既有隧道的过程中,新旧隧道之间的净距在影响系数中所占权重最大,土仓压力次之,注浆量权重较小。研究成果可为多线叠交盾构隧道施工微扰动控制技术以及隧道变形计算提供一定的理论基础。     

盾构近距离穿越高架桩基的施工影响与保护措施

上海长江西路越江工程规模为双洞6车道盾构法隧道,采用外径为15.43 m的超大泥水盾构进行掘进施工。根据线路规划方案,该隧道需要近距离往返2次穿越逸仙路高架和地铁3号线高架桥墩桩基。盾构隧道的直径较大,并与高架桩基间的距离约为1 m,且不符合相关工程保护条例的要求,因此,有必要对盾构隧道近距离穿越高架桩基的施工影响和保护措施进行研究。借助有限元数值分析,模拟隧道近距离穿越高架桩基的施工过程,在考虑盾构施工引起地层损失的基础上,采用全方位高压喷射工法（MJS）加固桩基,并考虑不同的加固范围,分析施工对桩基变形和承载力的影响,提出一种安全经济的桩基保护措施。通过与实测数据对比,验证了提出的桩基保护方案的合理性。