基坑開挖對坑底已建隧道影響的數值與離心試驗研究.pdf

1、城市地下空間的大規(guī)模開發(fā),不可避免地要在地鐵隧道附近進行施工活動,這其中就包括在已建隧道的上方進行基坑開挖。目前國內外已有不少相關工程實例的報道,這些報道表明,基坑開挖會使坑底隧道產生上抬位移與不可忽視的自身變形,影響隧道的安全運行;在軟土地區(qū),基坑開挖對坑底已建隧道的影響更需重點關注。保護已建隧道在基坑開挖過程的安全運行,已經成為巖土領域的一個熱點工程問題。本論文借助有限元方法與離心試驗方法,對基坑開挖對坑底已建隧道影響的作用機理進行

2、了深入研究,同時對各種影響因素進行了參數分析。研究的成果有助于深刻認識這一工程問題,同時為隧道的保護措施提供理論依據。
　　 本文的主要內容與結論包括以下幾個方面:
　　 1.軟土地區(qū)基坑開挖對坑底隧道影響的二維數值分析表明:(1)基坑開挖引起坑底隧道的位移與基坑開挖引起的周邊土體位移場相一致。(2)基坑開挖引起坑底隧道的橫截面變形主要取決于其周邊土體的總應力變化。(3)基坑開挖過程處于基坑中心的隧道其最大自身變形并不一

3、定發(fā)生在距坑底面豎向距離最近的隧道中;對于開挖寬度較小的基坑(2Be/he≤10/3),相同埋深下處于基坑中心的隧道與靠近地連墻的隧道其基坑開挖過程最大的變形量比較接近;對于開挖寬度較大的基坑(2Be/he≥16/3),相同埋深下靠近地連墻的隧道其相對變形比處于基坑中心的隧道大,工程中需重點關注。(4)基坑開挖過程隧道橫截面產生的附加彎矩與其自身變形相一致,且成線性比例關系。(5)基坑的固結效應對坑底隧道的豎向位移影響明顯,而對隧道在基

4、坑開挖過程的自身變形影響很小。(6)加大隧道結構的剛度,可以減小坑底隧道在基坑開挖過程的相對變形,同時增加隧道截面的附加彎矩;在隧道的結構剛度達到一定值時,再增加隧道剛度,坑底隧道在基坑開挖過程的相對變形減小很少。
　　 2.軟土地區(qū)基坑開挖對坑底隧道影響的三維數值分析表明,靠近基坑開挖中心面(hty=0)的隧道,開挖引起的隧道各截面的位移與自身變形接近二維分析的結果,且在hty≤18m范圍內隧道各橫截面的位移與自身變形變化很小

5、;從hty=18m開始,隧道的位移與變形開始減小,hty超過54m(地連墻所在位置),隧道截面位移與變形迅速減小,hty=81m(距地連墻的水平距離為3倍的開挖深度)時隧道橫截面基本不受基坑開挖的影響。
　　 3.砂土離心試驗反映了不同位置坑底隧道各橫截面在基坑開挖過程的彎矩變化及豎向直徑改變。對離心試驗進行數值模擬,并對隧道相對位置、土的彈性模量進行參數影響分析,得出:(1)數值分析的結果較好地吻合了離心試驗中隧道橫截而彎矩的

6、變化趨勢:(2)在開挖寬度為300mm(原型為24m)、開挖深度為150mm(原型為12m)的砂土基坑中,在開挖寬度為300mm(原型為24m)、開挖深度為150mm(原型為12m)的砂土基坑中,若隧道埋深大于地連墻墻底,基坑開挖引起坑底隧道橫截面的相對變形將隨著隧道埋深的增加而減小。相同埋深隧道在基坑開挖過程的自身變形的數值接近,靠近地連墻的隧道其相對變形有向基坑中心旋轉的趨勢;(3)增大土體的彈性模量,可以有效減小基坑開挖引起的坑底