既有成型盾构隧道上方基坑开挖关键技术

既有成型盾构隧道上方基坑开挖前必须将所有配重落实到位,并合理优化抗浮设计,采用分段配种或者其他措施减少整体配重量,让配重量更具备可实施性,为防止差异变形,需整体加强隧道刚度,提高隧道抗变形能力。可以在影响范围内管片设置门架+钢环支撑,钢环分散管片作用力到门架,门架间刚性连接,达到抗浮及防止差异变形的效果。基坑开挖影响区域地铁隧道可以采用钢管片,开挖前完成钢管片空腔混凝土回填。可以有效增加自身重量及刚度,有效避免上浮及抗变形开裂等问题基坑开挖到底后,及时组织资源,尽快完成压板施工,减少基坑暴露时间,及时限制管片上浮发展。

平行双基坑同步开挖引起邻近地铁盾构隧道变形监测分析

[目的]双基坑同步开挖会对邻近地铁盾构隧道造成影响。为了保障邻近盾构隧道的稳定性,需对平行双基坑同步开挖引起的邻近盾构隧道的变形规律进行监测分析。[方法]以杭州地铁6号线江汉路站为工程背景,基于隧道竖向位移、水平位移及收敛变形等现场监测数据,分析平行双基坑同步开挖对邻近盾构隧道的影响,探究施工风险节点。[结果及结论]基坑长边效应及其卸载应力集中导致基坑中部的隧道水平位移较两侧都大,先开挖区土体的扰动随着后开挖基坑的施工逐步叠加,使得隧道最大水平位移发生在基坑的后开挖区;隧道竖向位移曲线由于双基坑同步开挖、架设支撑、浇筑坑底,而形成两处波峰、一处波谷的特征;在邻近基坑偏心卸载作用下,隧道横截面收敛变形呈横鸭蛋形;双基坑平行于盾构隧道同步开挖,产生叠加效应,进一步加剧隧道的变形发展;基坑分区、分层的开挖方式能较好地利用时空效应,减少基坑的暴露时间,有效限制坑底土体的回弹,大大减小土体的隆起。合理采取分区分层、限时开挖,及时架设支撑,以及浇筑钢筋混凝土基础底板等措施,可以有效减小双基坑开挖对邻近盾构隧道的影响。

上部基坑开挖与内部堆载情况下盾构隧道位移的计算方法

地下结构上方大面积基坑开挖导致地下结构上浮,准确预测上浮变形是合理评估基坑开挖影响的前提条件。本文以既有地铁盾构隧道上方大面积基坑开挖为背景,基于基坑开挖附加荷载分布规律及分层总和法,将盾构隧道受基坑开挖与内部堆载情况下的响应位移分为整体上浮位移、相对上浮位移、堆载再压缩位移及特殊地质附加位移等四个部分,分别提出了隧道上浮位移的理论计算方法。为验证该计算方法,将其应用于南宁某工程的隧道上浮位移估算。计算结果与实测上浮位移的比较表明:大面积开挖导致的地层总体上浮占隧道上浮量的比例最大,而隧道内部堆载措施量在浅层开挖时限制隧道上浮的效果显著;理论计算方法更适用于预测施工完成时稳定阶段的盾构隧道上浮位移,计算结果与工程实测数据较为吻合,误差不超过10%,可为类似工程的设计及施工提供参考。

邻近基坑开挖对盾构隧道结构影响的精细化数值分析

在邻近隧道进行基坑工程时,开挖作业所引起的卸荷效应将破坏隧道与土体之间原有的受力平衡,从而在隧道结构中产生附加应力,严重时可能导致管片破损、接缝张开和错台以及渗漏水等情况的发生.利用ABAQUS有限元分析软件,在充分考虑盾构隧道管片的非连续特征及其与螺栓和土层之间相互作用的基础上,构建了一个三维精细化模型来分析邻近开挖下盾构隧道结构力学行为规律.研究重点在于分析不同隧道埋深和隧道与基坑之间的距离对既有盾构隧道结构的响应.结果表明:首先,通过与实验数据及现场监测数据的对比分析,证实了所建立的盾构隧道模型的准确性和适用性;其次,基坑开挖引起的卸荷作用会导致盾构隧道在纵向上产生非均匀且非连续的水平位移,特别是在基坑开挖影响范围内,隧道的水平位移更为显著,而在基坑边缘处则可能出现较大的错台现象.此外,研究基于大量的工况模拟结果,利用参数拟合技术,建立了盾构隧道横向与纵向变形间的关联模型.最后,依据盾构隧道的设计规范和控制标准,确定了隧道的最大水平位移应控制在17.39 mm以内,而横向的最大收敛率应不超过0.237%,以确保隧道结构的稳定性和安全性.

盾构隧道深基坑开挖对邻近超高压燃气管道的影响研究

以珠海隧道始发井及车架段深基坑开挖工程为背景,利用数值模拟,研究基坑开挖引起的地表沉降对邻近既有燃气管道内力的影响。利用有限元方法,将监测得到的燃气管道沉降数据作为数值模型的边界条件,反算燃气管道的内力变化。根据数值模拟结果,选取管道局部内力突变与内力较高的部位,进行现场监测。模拟结果表明,地层沉降引起的燃气管道内力增加有限。现场监测结果也证明,管道整体内力水平处于安全范围内,暂不需要对燃气管道采取防护措施。

上方基坑施工引起新运营隧道变形与病害分析

花岗岩残积土层基坑施工极易引起下方盾构隧道产生上浮变形和结构病害。该文依托深圳地区深基坑长距离上跨新运营地铁隧道施工案例,建立三维有限元模型,研究了深基坑开挖引起下方盾构隧道上浮量和水平收敛变化规律,并对衬砌结构纵向受力和病害相关性进行分析。结果表明:基坑卸载引起的隧道变形以整体上浮为主,断面变形为辅。采用跳仓开挖并对隧道拱顶上方土体进行抽条加固后,隧道上浮量平均减小了14.4%,围护结构侧移减小了49.1%。上方卸载造成的盾构隧道病害主要为集中于拱顶的环缝掉块,分析原因为拱顶环缝接头在弯矩-剪力共同作用下,内侧混凝土产生压剪裂缝并逐渐发展。

多分区基坑开挖及旁侧盾构隧道变形实测分析

为解决分区基坑开挖对旁侧盾构隧道扰动变形大,隧道变形控制困难的问题,为探究基坑分区开挖对邻近地铁隧道变形影响规律,分析分区施工的某基坑工程的监测数据以及邻近的地铁隧道道床沉降、水平位移以及水平收敛数据。分析基坑分区开挖对旁侧地铁隧道的影响,同时探究基坑变形与旁侧地铁隧道变形数据的联系。研究表明:1)邻近基坑的盾构隧道在基坑结构施工阶段的纵向变形发展大于基坑开挖阶段,结构施工期间增加的水平位移约是开挖阶段的3倍;2)基坑旁侧地铁隧道的纵向变形响应滞后于基坑侧壁变形60 d左右,而隧道水平收敛与基坑侧壁变形具有良好的一致性。

考虑地层损失的隔离桩对基坑旁侧盾构隧道变形保护研究

基坑的开挖卸载会导致旁侧既有盾构隧道出现变形破坏,工程中常在基坑与隧道之间设置隔离桩来保护既有隧道。为研究基坑开挖影响下隔离桩外既有隧道的水平位移规律,建立基坑、隔离桩、既有隧道的三维力学计算模型,考虑基坑开挖引起的地层损失,推导了基坑卸荷引起的附加应力计算公式,基于Kerr地基模型并对地基系数做出调整,得到隔离桩挠曲变形计算公式,建立隔离桩挠曲变形影响区,根据影响区的地层损失推导了既有隧道水平位移计算公式,同时进行了案例验证与影响因素分析,对隔离桩的“牵引作用”与“保护作用”在理论上做出了解释。研究结果表明:计算结果与工程实测数据及数值模拟结果相互吻合;设置隔离桩能够有效降低隧道水平位移,起到很好的保护作用;保护作用随着隔离桩桩长的增加而逐渐增加;桩长达到临界点后,隔离桩“牵引作用”产生,保护作用随桩长增加而减小;桩间距较小时保护效果较好;隔离桩设置靠近基坑一侧时保护效果明显优于设置在靠近隧道一侧。

基坑开挖对既有双向隧道衬砌的影响分析

为研究基坑开挖对既有地铁隧道管片位移以及围岩压力的影响,结合西安市某地铁站基坑开挖实例进行数值模拟分析。文中采用ABAQUS有限元软件,考虑隧道不同间距和隧道与基坑不同间距的状况,研究在既有双向隧道情况下隧道的水平位移和竖向位移变化。研究结果表明,随着左右两侧衬砌的间距不断增加,左侧衬砌仰拱向上移动的位移不断减小,右侧衬砌拱顶向下移动的位移不断增大;随着衬砌距基坑的距离不断增大,左侧衬砌仰拱的竖向位移减小,左侧衬砌拱顶的竖向位移增大。

基坑开挖对零距离下卧盾构隧道的影响

为了解基坑开挖对零距离下卧盾构隧道的影响,以中国首例基坑零距离上跨地铁隧道工程——厦门地铁某停车场与主线重叠段为依托,通过PLAXIS 3D岩土有限元软件建立区间隧道基坑分区开挖模型,采用分层、分块、分条、对称等方式制定土层开挖方案,考察3种不同开挖方案下,下卧盾构隧道的响应情况。研究结果表明:由于总开挖卸载量一致,不同的基坑分层、分区开挖工序对地层及下卧隧道影响较小,响应规律大体一致;3种开挖方案下,基坑壁后地表沉降极值、下卧隧道竖向位移及弯矩极值的差异分别为1%、10%和3%左右;及时施作基坑底板可以提供反压作用,一定程度上抑制地层位移和隧道变形及内力极值。现场实践表明:实际施工方案可靠,盾构隧道结构安全稳定。

基坑开挖对盾构隧道影响的三维数值分析

当开挖基坑位于隧道附近,由于基坑开挖导致影响范围内的土体应力释放,打破了土体原有的应力平衡,致使基坑底部隆起,进而使基坑开挖范围内的土体发生位移,从而带动周围隧道产生移动。以武汉地铁7号线北延工程天阳路站至腾龙大道站区间风井基坑为例,采用三维有限元数值模拟的方法,模拟了基坑开挖引起的盾构隧道变形和内力的变化,分析得出了采取分段分区施工方案能够明显改善基坑开挖引起的盾构管片的水平、竖向位移以及内力变化,结合现场实际穿越过程中的监测数据,与数值模拟结果基本一致,说明施工方案合理可行。

既有盾构隧道上方基坑群开挖顺序优化研究

以珠海市海琴桥承台基坑群工程为背景,利用MIDAS/GTS有限元软件建立该基坑群工程的三维数值模型并优化基坑开挖顺序,分析4种不同开挖顺序引起的下卧盾构隧道竖向位移与地表沉降。结果表明:最优开挖顺序为3组对称间隔式开挖,能最大程度减小盾构隧道的竖向位移及地表沉降,即第一步开挖面积较大的1#基坑。

环间错台效应下基坑开挖引起临近地铁盾构隧道变形的能量计算法

针对基坑开挖直接引发临近运营地铁盾构隧道不均匀变形的计算问题,为克服将盾构隧道视为等效均质弹性地基梁的传统算法的不足,提出了能量计算法。采用Mindlin基本解计算基坑开挖引起的隧道附加应力,并通过坐标变换使其可以考虑隧道与基坑轴线存在夹角的情况;将盾构隧道衬砌环视为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,并结合基坑开挖会导致盾构隧道发生环间错台的情况,建立隧道变形计算模型;利用最小势能原理建立变分控制方程,求解隧道的竖向、水平位移和环间错台量。将本文计算结果与现场实测数据和弹性地基梁法计算结果对比可知,本文算法的计算结果与现场实测数据吻合更好,而且计算效率更高。

基坑开挖引起临近盾构隧道剪切错台变形计算研究

基坑开挖时会造成地层扰动,进而引发临近盾构隧道发生位移和环间错台,利用剪切错台模型将盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的地基梁,以此来描述盾构隧道变形特征,结合最小势能原理,建立盾构隧道的位移方程,求得临近隧道的水平位移值、环间剪力及错台量。研究表明:建模时考虑基坑围护对卸荷传力路径的影响后,计算得到的盾构隧道水平位移值可以较好地反映盾构实际变形;盾构隧道在水平位移最大值处几乎不发生错台变形,该处的管片环之间没有相互错动,也就不会产生剪切力;盾构隧道的错台量与环间剪切力成正比;在水平位移曲线反弯点处的盾构隧道环间错台量与剪力值最大;临近隧道的基坑侧壁卸荷是导致隧道产生水平向位移的主要原因。

基坑开挖引起邻近盾构隧道转动与错台变形计算

基坑开挖会对邻近盾构隧道的变形产生显著影响。考虑基坑开挖时卸载在隧道轴线处产生的附加应力,建立了综合考虑剪切错台变形和刚体转动变形的隧道变形计算模型,结合最小势能原理推导出隧道的纵向变形量、环间错台量、环间转角和环间剪切力的计算公式。选取两组工程实例进行分析,将计算结果与实测数据进行比较。研究结果表明:邻近并平行于盾构隧道的基坑侧壁的卸荷效应对旁边隧道的影响最大;隧道水平位移最大值附近的管片基本不发生错台变形和刚体转动变形,环间剪切力值也很小;而在隧道水平位移曲线的反弯点处,隧道的剪切错台量、环间转角和环间剪切力值达到最大;在基坑开挖工况下,邻近隧道的水平位移变形模式以剪切错台为主,刚体转动为辅。

基坑开挖对邻近既有盾构隧道的影响分析

为研究基坑开挖对既有盾构隧道产生的影响,以某已建地铁周边基坑工程为背景,通过数值模拟的方法对开挖过程中隧道的位移和膨胀变形进行研究,并与现场监测数据进行了对比分析。结果表明:基坑开挖时,两平行隧道中距离基坑较近隧道的位移变形量大于较远隧道的位移变形量;同一隧道同一监测线上距离基坑越近隧道监测点位移总变形量越大,且隧道整体朝向基坑方向偏移;同一隧道的同一竖向截面上不同点的位移不同,靠近基坑一侧监测点位移数值大于背向基坑侧的位移数值;隧道在整体隆起变形趋势下,存在"竖鸭蛋"变形趋势;纵向隆起位移量随监测点呈抛物线分布并向两边逐渐减小;数值模拟结果与现场监测结果基本一致,验证了模拟的正确性;研究成果可为因地铁周边新建建筑引起地铁变形可能发生的危害做出预警,并提出相应防治措施,为待建地铁隧道项目的安全设计和施工提供参考。

基坑开挖对下方既有盾构隧道影响的实测与分析

对基坑开挖影响下方既有盾构隧道的机制进行了理论分析。收集了14个国内基坑工程实例,对实测数据进行了统计分析,结果表明:盾构隧道的最大竖向位移均为隆起,且有64%的隧道隆起值超过报警值(10 mm),提出了隧道最大隆起值的经验预测公式;隧道水平向位移较少量测,实测值较小;收敛变形由"水平向拉伸、竖向压缩"向"水平向压缩、竖向拉伸"转变。基于杭州市延安路某地下过街通道工程,研究了基坑开挖对下方地铁1号线盾构隧道变形的影响,对隧道竖向位移、水平向位移以及水平向收敛的实测数据进行了分析,其结果验证了理论分析和计算公式的可靠性。

基坑开挖对既有盾构隧道与地层的影响分析

针对黄土地区基坑开挖对下伏既有盾构隧道影响及其安全评价,采用有限差分法数值软件,结合实际场地的水文地质和工程地质条件,建立三维数值模型,进行施工过程的数值模拟与既有线路安全评价。研究结果表明,基坑群开挖对盾构下伏既有隧道影响较大,基坑构筑物施作时既有隧道变形减小,基坑群采用不同步开挖将有利于减小对下伏既有隧道的影响,并针对不同施工阶段的既有盾构隧道变形进行安全评价分析,认为这种工法与加固措施满足既有盾构隧道变形控制要求。

基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究

为研究运营盾构隧道附近基坑开挖对隧道管片受力的影响,针对基坑开挖引起旁侧盾构隧道围压变化的机制进行了分析,提出了一种能描述隧道受力-位移-再平衡过程的附加围压重分布模型,并推导出附加围压的计算公式。采用修正惯用法计算相应围压作用下的衬砌内力。根据实际工程做算例分析,研究基坑开挖对盾构隧道围压和内力的影响,并进行影响因素分析。分析结果表明:基坑开挖前隧道围压呈"钟形"分布;当基坑开挖后,隧道两侧的围压减小,基坑开挖侧的围压减小量更多;基坑开挖会使旁侧隧道正负弯矩值和正负剪力值增大,拱顶和拱底的轴力减小;随着基坑侧壁应力释放系数的增大,附加围压和附加弯矩的绝对值都会增加,而弯矩对基坑开挖卸载的响应更为明显;埋深较浅的盾构隧道对旁侧基坑开挖的影响更敏感,埋深较大的隧道,尤其是埋深大于基坑开挖深度的隧道,对旁侧基坑开挖影响的敏感度会明显降低;随着基坑与旁侧隧道净距的增加,基坑开挖对隧道的影响也会减小。

基坑开挖引起下卧盾构隧道转动与错台变形计算

引入可综合考虑盾构隧道管片环转动和错台2种变形效应的协同变形模型,采用Mindlin解求得基坑开挖引起下卧盾构隧道的附加荷载,结合最小势能原理建立盾构隧道纵向位移变分控制方程。推导出隧道的纵向位移、环间转角、环间错台量和剪切力的计算公式。根据3组典型工程实例进行计算分析。研究结果表明:采用综合考虑管片环错台和转动协同变形的模型时,计算结果与实测值更吻合,更能反映实际此类工程中盾构隧道的变形模式和变形规律;盾构隧道相邻管片环间错台量、环间转角以及相邻管片环间剪切力的最大值都发生在上方基坑开挖区域的边缘外侧;实际工程中,上方基坑开挖引起的隧道纵向变形主要是以错台变形为主,占变形量的70%~90%,以刚体转动变形为辅,占变形量的10%~30%。