基坑開(kāi)挖對(duì)坑底已建隧道影響的數(shù)值與離心試驗(yàn)研究.pdf

1、城市地下空間的大規(guī)模開(kāi)發(fā),不可避免地要在地鐵隧道附近進(jìn)行施工活動(dòng),這其中就包括在已建隧道的上方進(jìn)行基坑開(kāi)挖。目前國(guó)內(nèi)外已有不少相關(guān)工程實(shí)例的報(bào)道,這些報(bào)道表明,基坑開(kāi)挖會(huì)使坑底隧道產(chǎn)生上抬位移與不可忽視的自身變形,影響隧道的安全運(yùn)行;在軟土地區(qū),基坑開(kāi)挖對(duì)坑底已建隧道的影響更需重點(diǎn)關(guān)注。保護(hù)已建隧道在基坑開(kāi)挖過(guò)程的安全運(yùn)行,已經(jīng)成為巖土領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)工程問(wèn)題。本論文借助有限元方法與離心試驗(yàn)方法,對(duì)基坑開(kāi)挖對(duì)坑底已建隧道影響的作用機(jī)理進(jìn)行

2、了深入研究,同時(shí)對(duì)各種影響因素進(jìn)行了參數(shù)分析。研究的成果有助于深刻認(rèn)識(shí)這一工程問(wèn)題,同時(shí)為隧道的保護(hù)措施提供理論依據(jù)。
　　 本文的主要內(nèi)容與結(jié)論包括以下幾個(gè)方面:
　　 1.軟土地區(qū)基坑開(kāi)挖對(duì)坑底隧道影響的二維數(shù)值分析表明:(1)基坑開(kāi)挖引起坑底隧道的位移與基坑開(kāi)挖引起的周邊土體位移場(chǎng)相一致。(2)基坑開(kāi)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(yīng)力變化。(3)基坑開(kāi)挖過(guò)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(duì)于開(kāi)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(kāi)挖過(guò)程最大的變形量比較接近;對(duì)于開(kāi)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(duì)變形比處于基坑中心的隧道大,工程中需重點(diǎn)關(guān)注。(4)基坑開(kāi)挖過(guò)程隧道橫截面產(chǎn)生的附加彎矩與其自身變形相一致,且成線性比例關(guān)系。(5)基坑的固結(jié)效應(yīng)對(duì)坑底隧道的豎向位移影響明顯,而對(duì)隧道在基

4、坑開(kāi)挖過(guò)程的自身變形影響很小。(6)加大隧道結(jié)構(gòu)的剛度,可以減小坑底隧道在基坑開(kāi)挖過(guò)程的相對(duì)變形,同時(shí)增加隧道截面的附加彎矩;在隧道的結(jié)構(gòu)剛度達(dá)到一定值時(shí),再增加隧道剛度,坑底隧道在基坑開(kāi)挖過(guò)程的相對(duì)變形減小很少。
　　 2.軟土地區(qū)基坑開(kāi)挖對(duì)坑底隧道影響的三維數(shù)值分析表明,靠近基坑開(kāi)挖中心面(hty=0)的隧道,開(kāi)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(jié)果,且在hty≤18m范圍內(nèi)隧道各橫截面的位移與自身變形變化很小

5、;從hty=18m開(kāi)始,隧道的位移與變形開(kāi)始減小,hty超過(guò)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(kāi)挖深度)時(shí)隧道橫截面基本不受基坑開(kāi)挖的影響。
　　 3.砂土離心試驗(yàn)反映了不同位置坑底隧道各橫截面在基坑開(kāi)挖過(guò)程的彎矩變化及豎向直徑改變。對(duì)離心試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬,并對(duì)隧道相對(duì)位置、土的彈性模量進(jìn)行參數(shù)影響分析,得出:(1)數(shù)值分析的結(jié)果較好地吻合了離心試驗(yàn)中隧道橫截而彎矩的

6、變化趨勢(shì):(2)在開(kāi)挖寬度為300mm(原型為24m)、開(kāi)挖深度為150mm(原型為12m)的砂土基坑中,在開(kāi)挖寬度為300mm(原型為24m)、開(kāi)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(kāi)挖引起坑底隧道橫截面的相對(duì)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(kāi)挖過(guò)程的自身變形的數(shù)值接近,靠近地連墻的隧道其相對(duì)變形有向基坑中心旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì);(3)增大土體的彈性模量,可以有效減小基坑開(kāi)挖引起的坑底