基坑开挖对下方地铁隧道变形的影响研究

发布时间：2017-09-22 21:29

  本文关键词：基坑开挖对下方地铁隧道变形的影响研究

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【摘要】：随着我国城市地下空间的大规模开发利用,跨越地铁隧道上方的基坑工程日益增多,基坑开挖施工会改变周围土层的应力场和位移场,使下方地铁隧道产生附加内力和变形,影响地铁运营安全。基坑开挖对下方地铁隧道变形的影响与控制成为当前地下空间开发中遇到的重要问题。本文采用工程类比调研、理论解析分析和数值模拟分析等方法,对基坑开挖对下方地铁隧道变形的影响与控制问题进行研究,论文的主要研究内容及结论包括：1、对基坑开挖引发下方隧道变形的机理进行理论分析,收集并统计了国内15个跨越地铁隧道上方的基坑工程实例,对隧道的变形特征进行统计分析,结果表明：隧道的竖向位移表现为隧道顶部的隆起,统计的案例均对隧道的竖向位移进行了监测,并且50%以上的案例隧道的竖向位移达到或超过报警值(10mm)；对隧道水平位移监测的案例很少,且监测值较小,数据正负变化凌乱,没有明显的变化规律；对隧道收敛变形监测的案例很少,隧道的收敛变形表现为水平方向压缩、竖直方向拉伸,横断面呈竖椭圆状。2、采用两阶段法对基坑开挖引发的下方隧道变形进行解析分析,该方法既考虑了基坑开挖时坑底和四周坑壁的土体卸荷效应,又考虑了隧道与周围土体的相互作用,比较符合工程实际。首先根据Mindlin理论解计算基坑开挖引起的作用在隧道上的附加应力,然后基于Winkler地基模型将隧道视为弹性地基上的无限长梁,建立附加应力作用下隧道纵向变形的平衡微分方程,求解得到隧道纵向变形和内力。同时分析了基坑开挖面积、基坑开挖深度、地基土质条件、隧道轴线到基坑轴线的距离、隧道埋深、隧道刚度、隧道外径等因素对隧道变形和内力的影响。最后,结合工程实例,与三维数值模拟结果及现场监测结果进行对比分析,发现解析解与数值解、实测值大体一致。3、采用数值模拟方法分析基坑开挖引发的下方隧道横断面变形特性,结果表明：基坑开挖引发隧道横断面整体产生上抬位移和水平位移,横断面自身变形表现为竖直方向拉伸、水平方向压缩,横断面呈竖椭圆状。4、依托深圳桂庙路快速化改造工程跨越地铁11号线的下穿隧道基坑,采用三维数值模拟方法,分析了土体加固、抗拔桩、堆载等施工措施对基坑开挖引发的下方隧道变形的控制效果,结果表明：土体加固对隧道变形的控制效果一般,抗拔桩、堆载对隧道变形的控制效果比较显著；多种施工控制措施并用时,隧道变形明显减小。
【关键词】：基坑开挖 隧道变形 控制措施 理论分析 解析分析 数值模拟
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U456.3;TU753
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 选题背景及研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 理论分析方面13-14
• 1.2.2 数值模拟方面14-15
• 1.2.3 室内试验方面15
• 1.2.4 现场监测方面15-16
• 1.3 论文的研究内容和研究方法16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 研究方法17-18
• 第2章 基坑开挖引发下方隧道变形的机理及特征分析18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 基坑开挖引发下方隧道变形机理分析18-20
• 2.2.1 隧道隆起变形机理分析18-19
• 2.2.2 隧道横断面收敛变形机理分析19-20
• 2.3 工程案例统计分析20-22
• 2.4 隧道的变形特征分析22
• 2.5 控制隧道变形的措施22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 基坑开挖引发下方隧道变形的解析分析24-49
• 3.1 引言24
• 3.2 基坑开挖对下方隧道影响的两阶段分析24-35
• 3.2.1 作用在地铁隧道上的附加应力24-30
• 3.2.2 地铁隧道纵向变形理论30-35
• 3.3 地铁隧道变形的影响因素分析35-45
• 3.3.1 地铁隧道纵轴线到基坑轴线的距离对隧道受力和变形的影响35-37
• 3.3.2 地铁隧道埋深对隧道受力和变形的影响37-38
• 3.3.3 基坑开挖深度对隧道受力和变形的影响38-39
• 3.3.4 基坑开挖卸荷面积对隧道受力和变形的影响39-43
• 3.3.5 地基土质条件对隧道纵向变形的影响43-44
• 3.3.6 地铁隧道刚度对隧道纵向变形的影响44
• 3.3.7 地铁隧道外径对隧道纵向变形的影响44-45
• 3.4 工程实例分析45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 基坑开挖引发下方隧道变形的数值模拟分析49-60
• 4.1 引言49
• 4.2 计算模型与工况49-51
• 4.2.1 计算工况49-50
• 4.2.2 计算模型50
• 4.2.3 计算流程50-51
• 4.3 计算结果分析51-54
• 4.3.1 隧道埋深对隧道变形的影响分析51
• 4.3.2 隧道轴线到基坑轴线距离对隧道变形的影响分析51-52
• 4.3.3 综合分析52-54
• 4.4 参数分析54-59
• 4.4.1 基坑开挖宽度对隧道变形的影响分析54-58
• 4.4.2 隧道刚度对隧道变形的影响分析58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 基坑开挖时下方隧道的变形控制研究60-71
• 5.1 引言60
• 5.2 工程依托60-62
• 5.2.1 工程概况60-61
• 5.2.2 工程地质条件61-62
• 5.2.3 基坑施工方案及控制隧道变形措施62
• 5.3 三维数值模拟模型62-64
• 5.3.1 计算模型62-63
• 5.3.2 计算参数63-64
• 5.4 土体加固64-65
• 5.5 抗拔桩65-68
• 5.5.1 抗拔桩长度及排数对隧道变形的影响分析65-66
• 5.5.2 抗拔桩排布对隧道变形的影响分析66-68
• 5.6 堆载68-69
• 5.7 多种措施并用69-70
• 5.8 本章小结70-71
• 结论与展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果78

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