基坑开挖对盾构隧道影响分析及数值模拟

发布时间：2020-08-26 12:56

【摘要】：近些年来,随着大规模的城市化建设和地下交通网路的逐步完善,各建设项目的基坑开挖过程邻近盾构隧道的工程案例越来越多,目前针对这一系列课题的研究还不够完善。本文归纳总结了基坑施工引起的土体附加变形和应力的计算方法,阐述了基坑开挖影响下的盾构隧道力学模型,并基于合肥某基坑工程背景,利用有限元软件建立三维数值模型,对基坑开挖影响邻近盾构隧道变形问题进行研究。从数值分析结果中得到了基坑与盾构隧道相互作用下的地表土体、基底土体、围护结构及盾构管片的变形变化规律,并讨论了坑隧水平间距、隧道埋深、隧道方位与尺寸等施工影响因素改变下的盾构隧道变形情况。本文的主要研究成果如下:(1)由数值结果可知,基坑开挖对地表沉降的主要影响范围为2H(H为开挖深度)。隧道的存在对周围土层的位移场存在抑制作用,近隧道侧地表沉降比远隧道侧相同位置降低10%~15%。基底回弹量随开挖深度的增加非线性增长,最大值在基底中心处。(2)近隧道侧地连墙的水平位移小于远隧道侧,支护结构的变形和轴力与地连墙的水平位移相关。盾构管片横断面呈不规则的压扁变形,竖向伸长量大于横向收缩量,隧道总体向基坑方向运动。因受基坑影响,隧道中间近基坑段与两端远基坑段的变形情况存在较大差异。(3)随坑隧间距的增大管片变形呈近指数形式减小,水平间距对隧道的影响范围约12m。基坑对管片竖向位移沿隧道轴线的影响范围约为2L,水平位移约为1.2L(L为基坑长度)。基坑开挖对周围土层的影响程度具有区域性,随隧道埋深增大,隧道管片横断面变形逐渐减小,竖向和横向位移变化幅度基本一致。基坑长度变化对隧道管片变形没有较大影响。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU753;U455.43
【图文】：

隧道位置,外滩,延安,基坑

合肥工业大学硕士学位论文。紧邻隧道基坑开挖相当于在隧道周边进行卸载过程，这一过程中土重新分布，会对隧道结构安全产生较大威胁。由于地铁对国民经济的重的复杂性和监测的隐秘性，世界各国对于地铁的安全性相比较其他地构要求更为严格。而我国由于地铁建设时间较短，各项标准规范未形的体系。目前对于地铁周边存在施工项目的保护问题，主要参照上海建筑施工保护地铁技术管理暂行规定[1]：结构最大位移量上限为 20mm曲率半径不得小于 15000m，相对弯曲上限为 1/2500。如今国内很多城市出现基坑邻近运营期地铁开挖的工程实例，这类问围大、深度深、距离近、难复杂”的特性。例如采用明挖法施工的上通道上跨延安东路区间隧道的平面及剖面示意图[2]（图 1.1）；宁波商/7 基坑施工紧邻地铁 1 号线左线 60~260 环区间平面位置关系[3]，如图举了国内部分近接地铁基坑施工建设案例。除此之外，还存在如管线属设施工等近接工程，但其他近接工程对既有隧道影响较小，本文不做

地铁隧道,基坑,既有隧道

图 1.2 基坑与地铁隧道的平面位置图[3]Fig.1.2 Plane location map of foundation pit and metro tunnel[3]表 1.1 近接既有隧道工程实例Table.1.1 Examples of adjacent existing tunnels型项目名称既有隧道近接模式最小距离施广州市林和村旧城改造地铁一号线双侧上跨 7.6m 矿山天津西站南广场市政工程地铁一号线斜交上跨 0.3m 明上海张杨路立交工程地铁二号线 45°斜交 2.8m 明上海淮海路

基坑施工,事故,地铁隧道

合肥工业大学硕士学位论文中发生多起安全事故，如图 1.3 所示。随着近接地铁隧道的基坑开挖问题越来越受到广大专家学者的重视，如何在基坑施工过程中正确的预测和控制近接地铁隧道的变形和受力，并对其进行合理的分析形成专门的研究体系，将是消除安全隐患、保障既有地铁安全运营亟待解决的问题。(a) (b)

【参考文献】