深大基坑开挖对地铁隧道结构的安全性影响分析

发布时间：2017-04-04 23:09

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【摘要】：近年来,随着城市建设化进程的快速发展,地铁和基坑工程大量涌现,规模不断扩大。由于城市中心用地紧张,工程建设存在时序的原因,不可避免地出现了新的难题:深大基坑在既有地铁隧道周边进行开挖,基坑开挖卸荷导致地铁周围岩土的应力场和位移场发生动态变化,对既有地铁隧道结构及周围邻近建筑物造成影响,严重时甚至会破坏隧道结构,酿成重大事故,严重威胁到人类的财产安全和生命安全。而城市地铁隧道对土体的变形、附加应力和弯矩要求极为严格,基坑开挖是否得当,对邻近地铁隧道及周边建筑物都有重大影响。为保证地铁结构的安全和正常运营,必须对基坑施工进行安全性分析及监测。因此,准确分析基坑开挖对邻近地铁隧道结构的影响规律,对保证地铁隧道结构的稳定性及耐久性具有理论意义和现实价值。本文以广州某邻近地铁隧道结构的二期基坑开挖工程为背景,采用有限元数值模拟的方法进行研究,分析基坑开挖对临近地铁隧道的安全性影响。主要研究内容和研究成果如下:(1)根据现有的基坑周围地层移动的机理和侧向位移与地表沉降计算理论,对深基坑开挖时围护结构的侧向位移、地面沉降、坑底隆起进行分析。(2)通过大型通用有限元分析软件MIDAS-GTS,将基坑、围护结构及地铁隧道进行整体建模,先将北基坑数值模拟结果与原有现场监测结果进行对比,同时根据其对比结果,可以看出有限元模拟结果与现场监测数据趋势相同,吻合较好,从侧面论证模型的正确性;再利用MIDAS-GTS模拟南基坑土方开挖的过程,分析南基坑开挖施工时对地铁隧道结构衬砌管片变形、附加应力和弯矩的影响;最后改变地下水位,分析水位发生变化时南基坑开挖施工对地铁隧道结构变形、附加应力和弯矩的影响。(3)根据上述理论分析和有限元分析,分析基坑开挖对地铁隧道结构的影响,为保证其安全性提出相应的保护措施和建议。
【关键词】：基坑开挖 地铁隧道 数值模拟 监测数据 对比分析
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU753;U451
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及目的10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 基坑工程的国内外研究现状12-13
• 1.2.2 基坑工程对周围环境影响研究13-14
• 1.2.3 基坑开挖对隧道结构影响的研究14-16
• 1.3 本文研究的主要内容与技术路线16-18
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 主要技术路线17-18
• 第二章 基坑工程相关理论18-41
• 2.1 基坑变形与破坏现象18-22
• 2.1.1 基坑变形现象18-21
• 2.1.2 基坑破坏现象21-22
• 2.2 基坑周围地层移动的机理22-24
• 2.3 侧向位移与地表沉降计算理论24-34
• 2.3.1 经验估算法24-25
• 2.3.2 有限元法25-28
• 2.3.3 地层损失法28-31
• 2.3.4 稳定安全系数法31-34
• 2.4 基底隆起变形34-35
• 2.4.1 日本规范公式34
• 2.4.2 模拟试验经验公式34-35
• 2.5 基坑开挖对临近地铁结构的影响35-36
• 2.6 基坑降水引起土层变形36-39
• 2.6.1 降水引起土层沉降的机理36-37
• 2.6.2 降水引起土层变形的计算分析37-39
• 2.7 本章小结39-41
• 第三章 工程概况及有限元软件的介绍41-50
• 3.1 工程概况41-44
• 3.2 场地岩土工程特性和参数的综合分析44-48
• 3.2.1 场地地貌概况44
• 3.2.2 场地水文地质条件44
• 3.2.3 岩土工程特征和岩土参数的分析确定44-48
• 3.3 有限元软件介绍48-49
• 3.3.1 快速直观的三维建模48
• 3.3.2 快速准确的网格自动生成功能48-49
• 3.3.3 专业的岩土分析功能49
• 3.3.4 多样化的岩土本构模型49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 模型的建立及原有基坑的对比分析50-66
• 4.1 本构模型的选定及有限元模拟过程50-53
• 4.1.1 土的弹塑性模型50-51
• 4.1.2 深基坑开挖有限元模拟51-53
• 4.2 三维模型的建立有限元模型的建立53-57
• 4.2.1 模型尺寸及边界的确定53-55
• 4.2.2 岩土层分层厚度的确定55
• 4.2.3 地下水位下降幅度的确定55-56
• 4.2.4 盾构管片刚度的确定56-57
• 4.2.5 本构模型的确定及网格划分57
• 4.3 原有基坑有限元模拟结果与监测数据对比分析57-65
• 4.3.1 原有基坑工程概况57-58
• 4.3.2 原有基坑施工的有限元分析58-59
• 4.3.3 地铁隧道结构的监测59-64
• 4.3.4 对比分析64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 新建基坑工程对隧道结构影响分析66-85
• 5.1 新建基坑施工过程的三维模拟分析66-67
• 5.2 新建基坑开挖对隧道的变形影响67-70
• 5.2.1 新建基坑开挖对隧道水平位移的影响67-68
• 5.2.2 新建基坑开挖对隧道竖直位移的影响68-69
• 5.2.3 新建基坑开挖对隧道结构总体位移的影响69-70
• 5.3 基坑开挖对地铁隧道结构力的影响70-72
• 5.4 基坑开挖对地铁隧道结构弯矩的影响72-74
• 5.5 地下水位变化对地铁隧道结构的影响74-78
• 5.6 结果分析与建议78-80
• 5.6.1 结果分析78-79
• 5.6.2 建议79-80
• 5.7 地铁隧道受力分析与计算80-84
• 5.8 本章小结84-85
• 第六章 结论与展望85-88
• 6.1 结论85
• 6.2 展望85-88
• 参考文献88-92
• 致谢92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 余龙;;紧贴已建轨交车站的超深基坑开挖卸载效应数值模拟分析[J];地下工程与隧道;2013年04期

2 胡文亮;陈寅春;;深基坑施工对邻近连拱隧道影响特性分析[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2013年05期

3 姜兆华;张永兴;;基坑开挖对邻近隧道纵向位移影响的计算方法[J];土木建筑与环境工程;2013年01期

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本文编号：286056