外滩通道对下卧大直径隧道的开挖影响分析

本文依托兰州地铁1号线五里铺站附属物业开发工程项目，采用有限元建模分析了基坑施工对其下卧地铁区间隧道变形及内力的影响，对设计的合理性进行了评估并对后续的工程设计提出了建议。

针对复杂周边环境下的深基坑开挖,运用三维有限元计算软件模拟深基坑开挖施工全过程,分析了不同工况下深基坑开挖对广州地铁6号线的影响,为今后类似周边环境下深基坑开挖奠定了基础。

在深圳市桂庙路快速化改造工程施工过程中,前海段下沉式隧道需要采取明挖基坑的方式长距离平行上跨既有的地铁11号线隧道,而基坑开挖会使下卧隧道产生结构变形和附加受力,从而影响隧道的运行安全。借助数值分析软件,对基坑施工过程进行动态模拟,对比分析了不同旋喷桩地基加固情况下基坑开挖对下卧隧道的受力和变形影响。在此基础上,提出了合理的地基加固宽度和深度,把地铁隧道变形控制在规定范围内。最后,通过对现场监测数据的分析,验证了所提地基加固方案能有效控制下卧隧道的变形,并为以后类似工程的设计与施工提供了借鉴和参考。

上海外滩修建地下通道——外滩通道,通道南段采用明挖法施工,在延安东路路口与已建的延安东路隧道产生交叉跨越问题。外滩通道基坑坑底与延安东路南、北线隧道拱顶距离仅为7.1m与5.4m,基坑开挖必然使下卧运营隧道产生附加变形以及附加内力。为了研究外滩通道开挖对下卧延安东路隧道的影响,以及评价不同隧道保护措施的效果,通过三维有限元软件plaxis-gid进行四组模拟,包括无隧道保护措施的工况、采取土体加固措施的工况、基坑开挖过程中在坑底进行堆载的工况以及同时进行土体加固和堆载的工况。实际工程中同时采用土体加固和堆载这两种措施来保护隧道,现场监测数据与对应的数值模拟结果具有较好的一致性。分析表明:基坑开挖将对下卧隧道产生很大的影响,且影响范围较大,约为6倍基坑宽度,施工中采取合理的隧道保护措施是十分必要的。

本文以某城市隧道上跨某既有运营地铁区间工程为研究对象,采用有限元软件midas-gts对隧道基坑开挖及支护施工过程进行全过程数值模拟,分析隧道基坑开挖对下卧既有地铁区间的变形影响规律,并提出相应的地基加固及分步开挖等措施控制地铁区间的变形。

长沙田汉大剧院地下空间商业项目一期基坑工程位于地铁1号线某区段正上方,坑底距隧道顶的最小距离约为6.2m。基坑坑底位于圆砾层中,地下水较丰富,考虑到降水对周边环境的影响,基坑工程采用封闭式止水帷幕并设置抗浮锚索。基坑开挖、降水引起的土体卸荷、地下水渗流,以及施工的抗浮锚索,共同影响坑底土体回弹,从而对下卧地铁隧道产生影响,如何分析与计算其影响成为该项工程的重点和难点。为此先通过两种常用的回弹变形估算方法计算坑底回弹量和隧道隆起位移;然后利用midasgts有限元软件建立三维数值分析模型,分别进行3种工况的模拟,包括不考虑地下水渗流影响并不采用抗浮锚索工况,考虑应力渗流耦合但不采用抗浮锚索工况,考虑应力渗流耦合并采用抗浮锚索工况。对比分析表明：帷幕渗透率较低时,考虑应力渗流耦合与不考虑渗流影响的坑底回弹和隧道隆起位移模拟结果基本一致;规范推荐估算方法在合理修正其卸荷应力,并确定合理的卸荷影响深度后,其计算结果与数值模拟结果相近。所得成果可为优化设计和施工提供有益的参考,并为类似工程提供借鉴。

随着上海市政隧道项目的大规模建设,已建运营隧道邻近的商业地产开发越来越多。地块开发过程中的围护结构设计、施工、基坑开挖及结构施工等多个因素会对运营隧道产生影响甚至危害。在已运营的大直径隧道邻近进行工程施工时,对隧道的变形影响分析总结尤为必要。基于实测隧道变形数据,对优化设计及优化施工工序进行了综合分析。

基坑开挖对下卧运营地铁隧道影响的数值分析与变形控制研究_郑刚

针对软土地区实际工程设计,采用整体有限元方法,研究了大断面开挖地下通道结构基坑对既有近距离盾构隧道的影响问题。考虑了设置分隔墙、抗拔桩长度、封堵墙深度对基坑开挖产生的隧道最大隆起的影响,并根据现场实际情况和结构特点,分析了对应的施工控制措施。从实际工程设计的角度提出了针对大面积基坑开挖对下卧盾构隧道影响问题的分析研究方法和一系列保护地铁的措施,以期对相关工程问题有一定借鉴意义。

桩基施工有可能导致临近大直径盾构隧道结构变形和渗漏水等运营风险。借助平面有限元程序,建立桩基对大直径盾构影响的数值模型,通过实测数据和数值计算对比得到了指导意义的结论。成桩过程中临近隧道产生相对少量的位移。隧道向下和向桩基方向发生变位。当桩基受荷后,隧道位移量明显加大,隧道向下和向远离桩基方向发生变位。桩基成孔过程引发的土层损失,是前期地层变位的主要原因。合理提高泥浆配比,甚至在成孔时采用全程钢护筒,可以有效减少土层损失,降低隧道变形的风险。桩基受荷后,桩周形成一定范围内的剪切带。剪切效应引发结构与土的共同作用,进而使地层和结构产生应力应变响应。当桩基与隧道间距在2倍隧道结构外径以上时,隧道沉降和侧移可得到有效控制。桩基长期荷载作用下地层仍然会产生蠕变位移,对隧道结构依然存在一定的影响。

以豫机城际铁路隧道下穿南水北调中线干渠为背景,通过flac3d三维数值模拟,对施工过程进行模拟,研究结果表明当隧道顶部距离干渠底部32.24m开挖时,干渠结构相对稳定;当地层损失率控制在0.5%以内及覆土厚度大于2倍洞径时,地表沉降较小;随着地层损失率增大,地表沉降增大,随着覆土厚度增大,地表沉降减小。将数值模拟结果与经验公式预测结果进行比较,结果显示二者吻合度较高。

在简要介绍外滩通道工程和沿线历史建筑的基础上,选取四幢代表性历史建筑,给出其检测监测方案,分析了外滩通道施工引起相邻房屋的附加沉降、倾斜和损伤。监测结果表明,外滩通道施工期间,各房屋沉降较倾斜和损伤更为敏感,房屋沉降具有"缓慢波动—加速变形—趋于稳定"三阶段特征,且均存在显著的差异沉降。为此,建议相邻工程施工影响监测时应以沉降为主、倾斜和损伤为辅,监测频率应根据施工工艺和进度调整,在关注累积沉降量和沉降速率的同时应注意房屋的不均匀沉降。

以某城市地铁盾构隧道平行下穿一座既有地下通道为工程背景，通过建立三维有限元地层结构模型，对盾构掘进过程中既有通道和支护桩的力学行为进行动态模拟分析，获得了盾构隧道掘进过程中支护桩侧移和既有通道沉降、附加应力的变化规律，并提出建议以减小盾构掘进对结构物的影响。研究结果表明：盾构掘进会引起既有通道和支护桩的不均匀变形，还会产生一定的附加应力，结构物最终的沉降值和倾斜率均满足施工控制标准。

以上海北横地下通道下穿苏州河段基坑为例,在保证苏州河正常防汛功能条件下,为减小基坑开挖对邻近隧道的影响,采用有限元方法进行数值模拟,判断在采取相应保护措施下基坑开挖对邻近隧道的影响程度,以此作为基坑设计的依据.

新建盾构隧道近距离穿越既有隧道时,会对既有隧道结构产生影响。针对地铁盾构隧道下穿大直径越江隧道,在充分考虑衬砌的横观各向同性性质、盾构施工开挖面的支撑力、同步注浆压力、扰动层厚度等因素的基础上,应用三维有限元数值方法,研究了新建盾构隧道施工引起既有越江隧道的变形以及内力的变化规律,同时获得了越江隧道的影响范围。研究结果表明,越江隧道的最大沉降及侧移发生在对称面上,并且对侧移的影响较小;越江隧道经历了加载、卸载、再加载的过程;影响范围集中在垂直于越江隧道轴线方向盾构穿越前2d、穿越后2d的范围内。

文章通过对既有基坑设计方案的分析和二维、三维有限元分析计算,得出基坑及隧道的变形规律,并对在地层变形情况下的隧道内力变化进行对比分析.分析结果表明,在现环境条件与基坑规模情况下,隧道有不同程度隆起和内力变化,隧道结构安全性基本满足要求,可为类似工程设计和施工提供参考.

结合一外径11.36m、近距段净距4.0～5.7m的上海某公路盾构隧道土体和管片位移及应变的监测成果,就后建隧道施工对先建隧道的影响进行了分析。分析结果表明,盾构的推进使隧道间土体朝掘进方向和已建隧道方向侧移,沿深度的最大侧移量发生在隧道中心深度以上0.2d(d为隧道外径)左右;盾尾到达及管片脱出注浆工况阶段,隧道间土体及已建隧道临近面上拱腰处的侧移量达到最大;已建隧道管片呈现上部内敛、下部外扩的变形形态,且临近后建隧道面变形值较大。

针对采用大直径随钻跟管桩工法施工的管桩桩头是否需要加套箍的问题进行了详细探讨,分别从桩头开裂弯矩、抗拉力、夹持力几个方面进行了综合分析。提出了有套箍大直径phc管桩桩头的正截面开裂弯矩计算公式和抗拉力计算公式,表明在大直径随钻跟管桩设计制作中取消套箍是切实可行的。

预测隧道开挖对邻近桩基产生的附件内力和变形对隧道建设具有重要意义.传统弹性地基梁法忽略了相邻桩-土界面单元的相互作用和桩-土界面的塑性变形,其预测结果与实际有较大出入.基于mindlin解考虑桩-土界面单元相互作用,假设桩-土界面为理想弹塑性体,根据摩尔库仑准则得出桩侧土体的极限剪应力和极限土压力,可由本构方程得出隧道开挖引起的桩基附加内力和变形的塑性解.将该方法得到的塑性解与离心试验结果进行对比,验证了该方法的合理性.新方法考虑了桩身相邻桩-土界面单元的相互作用,得到的附加变形较传统地基梁解大.最后,讨论了桩-土界面塑性变形对桩基附加内力及变形的影响,由于不考虑桩-土界面塑性变形,导致桩基附加内力和变形产生较大偏差,并且随着地层损失率增加,偏差增大.

以哈尔滨地铁某区间隧道为工程背景,采用有限元软件建立近接既有建筑物隧道施工的二维模型,研究不同隧道与建筑物水平间距、建筑物基础埋深以及土层参数等关键参数对建筑物变形的响应规律。从建筑物基础总体沉降和首尾沉降差分布两个角度分析,根据不同参数对于隧道开挖引起建筑物变形响应的规律,优化施工中隧道施工方案,保证地铁暗挖区间隧道在施工过程中的安全性、稳定性。

为了更合理和快捷地评估基坑施工对邻近已建地铁隧道的影响,将隧道视为弹性的地下连续梁来分析隧道本身的受力和变形,推导了隧道与周围土体相互作用的有限元耦合平衡方程,并引入弹性半空间层状模型来分析基坑卸载对土体和隧道变形性能的影响,建立了层状地基中基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法;然后,将提出方法与两阶段方法进行了算例对比,并结合离心机试验结果和工程实测数据进行了验证。研究发现,与两阶段方法相比,耦合方法在能反映出非均质层状地基土体的应力和应变集中（或扩散）现象,不仅具有更好的计算精度,而且减少了计算参数的数量;提出方法的理论计算值与离心试验结果基本一致,与工程实测变形数据基本吻合,验证了方法的有效性;通过工程实际应用得出的一些有益结论,可为合理制定城市基坑施工对邻近隧道影响的保护措施提供一定的理论依据。

为了更合理和快捷地评估基坑施工对邻近已建地铁隧道的影响,将隧道视为弹性的地下连续梁来分析隧道本身的受力和变形,推导了隧道与周围土体相互作用的有限元耦合平衡方程,并引入弹性半空间层状模型来分析基坑卸载对土体和隧道变形性能的影响,建立了层状地基中基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法;然后,将提出方法与两阶段方法进行了算例对比,并结合离心机试验结果和工程实测数据进行了验证。研究发现,与两阶段方法相比,耦合方法在能反映出非均质层状地基土体的应力和应变集中(或扩散)现象,不仅具有更好的计算精度,而且减少了计算参数的数量;提出方法的理论计算值与离心试验结果基本一致,与工程实测变形数据基本吻合,验证了方法的有效性;通过工程实际应用得出的一些有益结论,可为合理制定城市基坑施工对邻近隧道影响的保护措施提供一定的理论依据。