基坑开挖对邻近盾构地铁隧道变形机制研究

基于Mindlin理论对基坑降水开挖诱发邻近地铁隧道的应力应变及沉降进行理论研究。在结合逆作基坑实际开挖工况条件下,采用MIDAS/GTS大型三维有限元软件分析了基坑考虑不同降水情况下邻近盾构地铁隧道变形情况,并对不同模拟方案结果进行对比。结果表明,地铁隧道结构模拟结果合理,考虑降水情况下坑外土体的附加变形要比基坑开挖卸荷作用引起的土体变形大得多,抵消了隧道上抬变形趋势,使隧道产生了偏向基坑方向的变形,变形量值也大得多。     

基于渗流应力耦合的基坑开挖受力特性及其对邻近地铁隧道的影响

基于流固耦合理论,采用修正摩尔库仑本构关系,建立三维仿真模型,分析渗流特性、基坑开挖过程、不同降水速度下基坑施工特性以及其对邻近地铁的影响,并与实际监测结果进行对比分析。研究结果表明:土体渗流呈现空间差异性与时间差异性;基坑内降水速度对基坑外侧的地层变形影响较小;随开挖深度增大,土体位移增大,排桩水平位移总体上大于竖向位移;应力集中造成的基坑角部弯矩较大,在工程实践中应设置角部支撑分散应力集中产生的不利影响;锚固单元体系安全系数可满足设计要求;地铁区间隧道形状呈扁平状的椭圆形发展,隧道顶部及左右侧腰部受力较大,在设计施工中应进行配筋等加强处理;基坑开挖降水引起的左线隧道附加弯矩整体上明显大于右线隧道的附加弯矩;地铁隧道最大弯矩发生在左线地铁隧道中部靠近基坑位置;考虑流固完全耦合分析的计算结果与现场实测结果接近。     

基坑降水对下卧地铁盾构隧道的影响

结合某公寓基坑工程,针对地铁盾构隧道下穿该基坑的复杂环境条件,首先采用简化大井法计算帷幕失效(工况一)下基坑降水坑外地层的水力坡降曲线,采用二维有限元渗流法计算帷幕有效(工况二)下基坑降水坑外地层的水力坡降曲线;接着采用分层总和法计算基坑降水引起地铁盾构隧道的附加沉降,分析基坑降水对下卧地铁的影响.结果表明:(1)考虑截水帷幕失效与有效两工况下,基坑降水引起下卧地铁盾构隧道右线中轴线处水位降深分别为4.2 m、1.5 m;(2)考虑截水帷幕失效与有效两工况下,基坑降水引起下卧地铁盾构隧道右线、中轴线底部最大沉降分别为-2.83 mm、-1.3 mm,均满足轨道交通安全运营的要求.     

紧邻运营地铁进行基坑施工的影响因素研究

基于上海地区某深基坑工程施工方案,建立了紧邻运营地铁隧道的基坑开挖变形影响的有限元数值模型,重点分析了基坑围护支撑的数量和位置、基坑土体加固、地铁隧道位置、隧道下卧层土体和地下连续墙刚度对基坑周边地层以及隧道变形的影响.结果表明:基坑围护支撑数目及位置的选择对周边地层和隧道变形产生影响较大;隧道的存在对土体沉降具有"遮拦效应",在一定程度上能够减少坑外土体沉降;增加下卧层土体模量和地下连续墙的刚度可减少坑外地表沉降,有效控制地铁隧道的变形.     

基于流固耦合效应的红砂岩地层深基坑围护结构变形特性分析

降水渗流引起的基坑变形问题十分复杂,采用流固耦合的数值方法,以兰州某地铁车站红砂岩深基坑为研究背景。对围护桩体水平位移、基坑内外土体竖向位移和水位变化进行现场监测,利用FLAC3D建立车站基坑降水开挖耦合模型,分析了围护结构的变形特性以及基坑内外土体竖向变形规律。结果表明围护桩体最大水平位移在0.5倍左右坑深处;基坑开挖对周围土体在0至2.5倍坑深范围内的沉降变形影响显著,最大沉降值发生在距离基坑边缘约0.55倍坑深;降水引起的基坑内外沉降随时间增加呈减小的趋势,降水与立柱桩联合作用使坑底隆起显著减小,基坑内外同时降水有利于解决红砂岩透水问题。考虑流固耦合的数值模拟与现场监测相结合预测兰州地区基坑变形更具科学性。     

基坑工程施工对邻近地铁结构影响研究现状与展望

针对基坑工程会对邻近既有地铁结构产生一定的附加变形、内力等,从而可能影响地铁正常运营甚至危及运营安全,采用理论计算、数值模拟及实测分析等手段,从基坑围护结构体系、基坑平立面尺寸、地基加固型式、土方开挖方式及基坑与既有地铁隧道的相互位置关系等不同的角度,分析了基坑工程对邻近既有地铁结构的影响问题.在总结现有研究成果的基础上,进一步展望了未来发展方向,即研究土方卸载、基坑围护体及地铁结构刚度三者的耦合作用,选择恰当的计算与分析模型和参数等,并深入探讨基坑工程对邻近地铁结构的影响机理和因素,改进监测工作方法,提高监测仪器精度,同时应扩大监测范围及增加监测内容等.     

深基坑开挖时隔离桩位置对邻近既有地铁隧道的变形分析

深基坑开挖时周围土体的卸荷作用将引起邻近既有地铁隧道的变形,对其正常使用产生影响,隔离桩的位置控制隧道变形的效果值得研究。基于杭州市某房建地下室基坑工程采用隔离桩保护邻近既有地铁隧道的工程案例,采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,建立二维模型对隔离桩在不同位置条件下隧道的变形进行了分析。研究结果表明:基坑开挖最终引起隧道下沉约3.1 mm,隧道向靠近基坑方向水平位移约1.7 mm,数值模拟计算结果与现场实测数据的相关规律吻合;隔离桩距离隧道越近,基坑开挖对既有地铁隧道变形的影响越小。     

富水地层深基坑施工诱发邻近建筑物变形分析： 以济南地铁R2线烈士陵园站深基坑为例

针对城市地铁车站深基坑开挖对邻近建筑物的影响，尤其是富水地层，深基坑施工会诱发邻近建筑物产生较大变形，严重危及既有建筑物正常使用。依托济南轨道交通R2线烈士陵园站深基坑工程，基于现场实测结果分析了围护桩体水平位移、地表沉降和建筑物沉降规律，采用三维数值计算与现场监测数据相互印证，分析了深基坑施工对邻近建筑物变形的影响，并探讨了不同因素对邻近建筑物变形的影响。结果表明：建筑物沉降是由坑外地表变形所造成的，基坑开挖和降水造成坑外建筑物沉降大致相当；减小钢支撑间距，能够降低建筑物的沉降和倾斜，但不宜过密；止水帷幕能够起到有效控制建筑物沉降的效果，随着止水帷幕深度增加到一定程度，控制效果降低。     

基于空间效应的土岩二元地层深基坑变形规律研究

为了研究土岩二元地层深基坑的变形规律,以徐州市地铁3号线南三环站深基坑工程为研究对象,监测不同施工阶段基坑围护桩侧移、基坑周边地表沉降和内支护轴力。同时,采用数值模拟方法进一步探究不同刚度放大系数和施工顺序下基坑空间效应的差异性。结果表明:土岩二元地层基坑有明显的空间效应,基坑围护桩变形和周边地表沉降要远小于土质基坑,围护桩最大侧移所处位置的平均值为0.439 45倍的开挖深度;随着刚度放大系数的减小,围护桩弯矩增大,基坑长边与短边展现出更加明显的空间效应,而阴角与阳角处的空间效应变化不显著;施工顺序对基坑空间效应有影响,分层施工的空间效应较分区分层施工更加显著。     

合肥地区地铁车站深基坑稳定性分析

文章以临近某国家级实验室的地铁车站深基坑为研究背景,针对合肥地区上层为黏性土、下层为泥质砂岩的地质状况,研究了地铁车站深基坑施工对周边建筑物的影响,确保基坑和支护结构安全施工。采用有限元分析软件MIDAS/GTS建立了弹塑性有限元模型,针对不同的围护设计形式对基坑变形进行敏感性分析,并对车站深基坑开挖的施工过程进行仿真模拟计算,预测深基坑开挖将产生的基坑变形及对该实验室的影响。研究结果表明:钢支撑施作位置的不同对基坑的侧向位移有一定的影响;对于不同的围护桩入土深度,土体向基坑内侧变形的趋势基本相同,随着入土深度的增大,基坑的侧向变形有所减缓;围护桩+钢支撑的围护形式对基坑土体侧向位移及周边地表沉降有较强的限制作用。研究成果对该地铁基坑的安全施工具有重要的现实指导意义。     

地下通道开挖引起临近地铁隧道回弹位移分析

临近地铁隧道建造地下通道,需预先评价地下通道开挖对地铁运营安全的影响。结合地下通道工程,针对通道B段垂直正交近距上跨地铁区间隧道等条件,采用Boussinesq解和Mindlin解计算通道开挖卸载产生的附加应力,分层总和法计算地铁隧道产生的回弹位移。结果表明,Boussinesq解和Mindlin解两者计算结果相差不大,Boussinesq解更偏于安全;Boussinesq解和Mindlin解两者计算的地铁隧道底部(轨底)回弹位移均小于1 mm,地铁隧道顶部最大回弹位移分别为6.2 mm、5.3 mm,均满足城市轨道交通线路轨道竖向变形、相对变形曲率、隧道结构绝对沉降量等要求,为地下通道施工的超前控制提供了依据。     

考虑地层蠕变效应的桥梁桩基施工对邻近运营地铁隧道的影响

为研究桥梁桩基施工引起地层蠕变行为对邻近地铁隧道安全运营的影响,依托实体工程,采用卸荷条件下黏土蠕变特性试验确定了隧道周围土体的蠕变模型,通过数值模拟手段(FLAC3D软件)与现场监测相结合的方法,分析了桩基开挖期间地铁隧道的竖向位移、水平位移和应力分布状态。结果表明：广义Kelvin本构模型能够较为准确的描述黏土体开挖卸荷时的蠕变效应;桩基开挖后,邻近地铁隧道衬砌位移不断增大,随后进入稳定状态;随着桩基开挖数量的增加,地铁隧道竖向位移和水平位移总体表现为下沉和向外收敛趋势;桩-隧最小净距越小,桩基施工对隧道影响越大,采用隧道双侧布桩的施工方式,能够有效降低桩基开挖时隧道拱腰的累计水平位移,有利于地铁隧道的安全稳定运营。     

回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性研究

贵阳市地铁1号线望新区间隧道地质环境复杂,位于回填区,地下水丰富,埋深浅。针对此类环境,首次将三台阶七步开挖法引进到地铁区间隧道施工中,通过影响隧道开挖稳定性的关键因素分析及施工方法的数值模拟,结合现场实测,研究了回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性。研究结果表明：超浅埋开挖,回填土地层承载拱难以形成;开挖过程中拱顶、拱脚及仰拱部位产生拉应力,拱腰部位出现应力集中,为压应力区;地表及拱顶沉降变形主要受上台阶导洞开挖的影响,中、下台阶导洞的影响次之,核心土开挖影响较小;核心土及仰拱开挖对拱底围岩变形产生较大影响;因此在开挖过程中要对上述位置进行重点监测,可为今后类似工程提供借鉴。     

基坑施工对下方运营地铁隧道影响的研究

广州某明挖隧道基坑工程位于正在运营的地铁区间隧道正上方,坑底距隧道顶的最小距离仅为2.76 m.基坑开挖对该地铁区间隧道的影响成为该工程的一个关键问题.为此建立了该基坑工程的三维空间模型,考虑了设计中采用的施工保护等措施,对实际施工工况进行了模拟,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对下方既有地铁隧道的影响.计算结果表明该基坑施工采用的地铁保护措施能确保地铁线路结构的安全和地铁的正常运营,为设计和施工提供了有益的参考.     

紧邻浅埋暗挖地铁隧道地下密集管线及土层变形

针对地铁隧道施工影响下紧邻密集管线保护问题,依托南昌地铁实际工程,采用ABAQUS软件建立土体-密集地下管线-隧道暗挖三维有限元模型,结合现场实测数据与数值模拟结果,分析了隧道CRD (cross diaphragm)工法施工时的地层变形规律、地下管线应力特性与地下管线变形规律,并对管线周边土体有无注浆加固时的管线力学特性进行了对比。研究结果表明：(1)隧道开挖引起的管线变形以沉降为主,管土刚度差异对管线变形和应力影响显著。(2)管土刚度差异越小,管线变形趋势与土体变形趋势越接近;管土刚度差异越大,管线对地层变形的抵抗作用也越强会产生较大应力。(3)隧道左右导洞上方管段是危险区域,需重点保护。(4)密集地下管线主要表现为管线材质、管线几何特性、管线与隧道的空间位置关系不同,保护地下管线的核心在于控制地层沉降,地下管线保护关键阶段是隧道掌子面接近管线,此时应确保超前注浆效果和初期支护快速封闭,并加强对管线变形的监测。     

深基坑开挖和降水对紧邻既有地铁隧道的影响

以深圳某深基坑工程为案例,利用Midas-GTS有限元软件建立三维数值模型,基于流固耦合理论分析基坑开挖和降水对紧邻既有地铁隧道产生的影响,以期为实际的基坑设计和施工提供有效的数据参考。结果表明:基坑降水造成的地下水渗流具有空间差异性,基坑长边侧渗流速度大于短边一侧,且地铁隧道处水力梯度较大;最大总位移出现在地铁隧道中部,且近基坑侧隧道产生的总位移比远离基坑侧隧道多一倍,其中最大水平位移发生在隧道侧边,最大沉降位移发生在隧道顶部;测斜位移曲线具有明显的拐点,临近地铁隧道的基坑长边一侧在35～40 m深度处可能形成潜在滑动面。     

暗挖车站洞内地下连续墙施工导洞环境效应分析

随着城市地铁建设的迅猛发展,地铁工程建设中车站开挖大面积抽降水作业与国家保护地下水资源政策的矛盾日益突出,亟需寻求适用于地铁车站开挖的非降水止水方式。以北京地铁16号线在施暗挖车站——看丹站为依托,对其采用的洞内地下连续墙止水措施导致的环境效应开展了深入探讨。由于地下连续墙在暗挖车站局促空间内的施作尚属首例尝试,因此重点聚焦于揭示地下连续墙施工引起的导洞拱顶沉降、水平净空收敛和应力分布的变化规律。数值模拟结果表明:地下连续墙施工主要引起导洞拱顶沉降的变化,导洞水平净空收敛较为稳定;地下连续墙施工前,导洞初期支护拉应力主要在导洞拱顶处和侧壁底角处。地下连续墙施工完成后,拉应力分布范围扩大,左右边导洞初期支护底板处扩大最为明显,向地下连续墙处大致呈条带状延伸。     

对沉降明挖隧道的结构安全评估及修复措施

目前国内对于隧道变形和开裂的研究较少,经验积累不多。本文介绍了某地区明挖地铁隧道的沉降情况,分析了沉降发生的原因,指出临近隧道的基坑开挖及工程降水是沉降发生的两个原因,针对沉降隧道进行了结构安全评估,并给出了修复措施,为类似工程修复提供参考。