基坑放坡开挖引起下卧地铁隧道隆起变形的模拟分析及应对措施

针对基坑放坡开挖工程,采用FLAC3D软件构建相应数值计算模型,分析基坑放坡开挖引起的下卧地铁隧道的隆起变形及应对策略。研究结果表明:下卧隧道变形关于基坑长边中线和基坑短边中线对称分布,最大隆起位置位于基坑长边中线位置;采用放坡开挖工法,下卧隧道的最大变形量为11.39mm,最大差异变形率为0.85%,其中最大差异变形率超过了规定限值,不满足施工控制要求。针对施工过程中可能导致既有隧道变形过大的风险,采用MJS工法加固。加固后隧道的最大隆起量及最大变形差异率分别降低了26.7%,67%。既有隧道加固后的变形满足施工控制标准,证明了加固工法的适用性。

基坑开挖诱发下卧既有隧道隆起变形解析解

基坑开挖会引起周边土体产生自由位移,进而对下卧隧道产生较大的安全隐患。目前,现有的理论方法大多数是将既有隧道简化成欧拉梁放置在单参数Winkler和双参数Pasternak地基模型上,未考虑到隧道剪切变形以及土体应力扩散效应对既有隧道受力变形的影响。基于此,提出一种可预测基坑开挖诱发下卧隧道隆起变形的理论方法。采用Mindlin解获得基坑开挖引起既有隧道轴线处的土体自由位移,把土体自由位移转化成附加应力施加在既有隧道上,引入Fourier函数方程将附加应力转化成Fourier级数形式,将既有隧道假定为放置在三参数Kerr地基上的铁木辛柯梁,结合隧道边界条件获得隧道变形响应解析。工程案例分析结果表明:与该方法退化解比较,该方法计算结果更符合有限元数据;与既有文献理论解比较,该模型预测值与现场监测数值较为吻合。敏感因素分析可得:随着剪切刚度增强,隧道抵抗变形的能力逐渐增大,隧道的隆起变形也会不断减小,隧道所受弯矩和剪力反而会不断增大。随着土体弹性模量以及隧道轴线埋置深度增加,既有隧道受到的附加应力逐渐减小,隧道的变形以及所受弯矩和剪力均会不断减小。该方法退化的欧拉梁解析会进一步提高隧道抵抗变形能力,使得隧道变形减小,但会导致内力增大。该方法退化的Pasternak地基模型会高估既有隧道受力变形的影响。

粉质黏土基坑卸荷隆起变形的简化计算方法

基坑卸荷隆起变形计算对基坑稳定性分析具有重要意义。基于现有土体压缩-回弹试验数据及多个地区粉质黏土基坑变形数据进行分析,推导出土体回弹模量与卸荷比之间的指数关系,并结合Mindlin应力解与分层总和法,利用两个实际工程案例进行验证对比,提出了一种卸荷条件下基坑隆起变形的简化计算方法。结果表明:简化计算方法仅根据常规土工试验参数(重度、压缩模量等)即可快速对基坑卸荷隆起变形量进行预估,且计算结果与现场实测值较为接近。进一步分析可知,基坑形状相同时,随着基坑面积的线性增大,基坑底部隆起变形会非线性增大;基坑面积相同时,长条形基坑的隆起变形小于正方形基坑。该方法可为粉质黏土地区卸荷条件下的基坑隆起变形预测提供参考。

基坑开挖引起下卧隧道隆起变形的实测数据分析

在上跨隧道的基坑工程中基坑开挖常引起下卧隧道发生结构变形,限制隧道的隆起变形成为基坑施工控制的关键。详细介绍了该类工程的特点,包括交叉形式、隧道变形特点、常见控制措施等,对近期国内发生的39例类似工程进行分类总结,分析了隧道纵向最大隆起变形与各影响因素间的关系,并提出了隧道最大隆起变形的预测模型。结果表明,该类工程中工程地质对隧道的隆起变形影响较大,工程地质条件越差隧道的隆起变形越难控制;开挖深度、基坑面积、基坑形状同样是影响隧道隆起变形的重要因素,基坑开挖面积及深度越大,形状越不规则,隧道的隆起变形越大;在软土地区,当基坑开挖面积及深度较大时设置抗拔桩能显著减小隧道的最大隆起变形。

新建地铁隧道上穿既有隧道引起的结构隆起变形

针对新建地铁隧道上穿既有隧道工程,基于新建地铁隧道开挖引起的卸荷附加应力解析解,建立既有地铁隧道结构的弹性地基梁模型,推导得到预测既有地铁隧道结构隆起变形的计算公式;采用该公式对北京地铁4号线西单站隧道上穿既有1号线隧道时引起的既有隧道结构的隆起量进行预测,分析土体基床系数及卸荷参数对既有地铁隧道结构隆起变形的影响。结果表明:计算得到的既有隧道结构隆起曲线形态为单峰,近似服从正态分布;提高地基基床系数可以明显减小既有隧道结构的隆起量;随着卸荷宽度不断增加,既有隧道隆起量不断增加,但当卸荷宽度大于30m时对既有隧道的隆起变形影响甚微;随着双矩形卸荷间距的逐渐增大,既有隧道的隆起曲线分别呈基本符合正态分布的单峰形态、中间为直线段而两侧近似服从正态分布的形态及2条正态分布曲线叠加的双峰形态。

基坑工程隆起变形研究综述

通过对基坑隆起变形产生的原因、抗隆起稳定性、回弹量计算、基坑开挖的时空效应及基坑工程穿越既有建筑物造成的隆起变形等进行分析,指出了基坑隆起变形问题研究中存在的理论分析不够完善,且远落后于工程实践等不足,并对今后有待于开展的工作,如建立适应不同区域土性变化的回弹量计算公式、理论优化基于时空效应的开挖参数、系统化分析开挖对既有建筑物变形的影响等进行了展望.

基坑加固扰动引起地铁隧道隆起变形

针对如何控制上方基坑底部加固扰动引起下卧地铁隧道的变形、确保地铁安全运营的问题.结合上海市浦东新区东方路-张扬路地下立交工程,在考虑隧道等效刚度、施工卸荷以及加固抑制回弹的效果等因素的基础上,对上方搅拌桩施工扰动引起正在运营地铁隧道的竖向隆起变形进行了机理分析,推导出基于Winkler模型计算隧道竖向位移的方法并进行了理论计算.结果表明:上层加固扰动引起隧道的竖向位移是非常可观的,需引起足够重视.并将计算结果和实测数据进行了对比.在此研究基础上提出了一系列控制上层搅拌桩施工引起运营地铁隧道位移的施工方法.

沥青层隆起变形与松胀现象分析

分析了室内车辙试验试件、加速加载（ALF）车辙试验路芯样，以及沥青路面现场芯样的空隙率与高度变化，证实了在车辆荷载作用下沥青层的隆起变形与松胀现象，探讨了沥青层隆起部位松胀现象的产生机理与影响因素.以隆起系数表征隆起变形在总车辙变形中所占的比例，分析了隆起系数的影响因素与发展规律.通过对比分析，给出隆起系数的建议值范围为0-0.52，当道路宽度较窄时，隆起系数取上限；当道路宽度较大时，隆起系数取下限.

SMW围护结构的深基坑隆起变形有限元分析

影响基坑基底隆起的因素存在极大的模糊性和随机性,基底隆起变形量的计算是一个复杂的非线性过程,而采用有限元法对基坑基底隆起变形量进行分析是个有效的途径。本文以上海某深基坑为例,基于ABAQU S软件对该基坑基底隆起变形量进行有限元分析。研究表明,基底隆起最大变形量发生在离基坑侧壁约以SMW围护桩入土深度为半径的圆内侧。本文将为基坑隆起问题的定量研究提供有价值的参考。

基坑开挖引起下方纵向斜穿地铁隧道的隆起变形分析

为研究基坑开挖对下方纵向斜穿地铁隧道的影响,通过两阶段分析法提出理论解析解。第一阶段,引入了隧道纵向夹角,考虑了隧道的纵向坡度,使用Mindlin解得到基坑卸荷作用在下方纵向斜穿隧道上的附加应力;第二阶段,将隧道视为搁置在Pasternak地基模型上的Timoshenko长梁,通过有限差分法求解出隧道隆起变形以及内力的计算式,并通过数值模拟算例进行验证,并与基于Euler-Bernoulli梁模型和Winkler地基模型的算法和传统算法的计算结果进行对比。结果表明:采用Euler-Bernoulli梁计算将低估隧道的隆起变形,采用Winkler地基计算将高估隧道的隆起变形;传统算法给出的隧道最大隆起值有10.5%的误差;传统算法给出的弯矩和剪力的最大误差分别为25.48%和30.14%。

高层建筑荷载引发地面沉降与隆起变形三维数值模拟

针对地下水埋深较浅地区,由高层建筑荷载引起的土体变形问题,以比奥固结理论为基础,结合土体非线性流变理论,将土体本构关系推广到黏弹塑性;同时考虑土体力学参数及水力参数的动态变化关系,建立了高层建筑荷载引发地面沉降与隆起变形的三维有限元数值模型,详细研究了高层建筑荷载影响下的土体变形特征及此过程中土体力学参数及水力学参数的变化特征。结果表明:由高层建筑荷载引起的地面沉降呈现漏斗状,以建筑物中心为漏斗中心,高层建筑荷载施加初期,高层建筑周围出现隆起,到达最大值后隆起逐渐消失;高层建筑底部浅层土体孔隙度、渗透系数及泊松比均呈现缓慢减小趋势,弹性模量呈现缓慢增大趋势;而高层建筑周围浅层土体的孔隙度、渗透系数及泊松比呈现先增大后减小的变化趋势,弹性模量则呈现先减小后增大的变化趋势;高层建筑影响区域浅部土体参数的变化趋势与土体的回弹及压缩有关。

沥青混合料加速加载试验车辙隆起变形的研究

通过对AC型沥青混合料进行加速加载试验,探究混合料公称最大粒径、温度、荷载条件的变化对沥青混合料路面隆起变形的影响以及隆起变形占总车辙变形的比例。结果表明,用车辙变形面积来评价车辙隆起变形与采用车辙深度来评价车辙隆起变形具有较好的一致性;不同大小的荷载作用下隆起变形的程度受温度的影响显著,高温会导致车辙隆起变形迅速变大;隆起比例只与最终车辙变形总量有关,隆起比例最终值为0.6。

不同加固措施下竖井式基坑开挖引起的下卧地铁隧道竖向隆起变形规律

依托深圳前海自贸区某地下道路的基坑直接放坡明挖工程,研究基坑开挖卸荷对其下方地铁11号线、5号线隧道竖向隆起变形的影响。基于文克尔地基模型的加权残值法微分方程提出下卧隧道竖向隆起变形的力学模型;结合项目特点提出保护下卧地铁隧道的竖井式基坑施工加固方案及组合措施;通过FLAC 3D数值模拟,对比分析未采取任何措施及逐步施加土体加固、抗拔桩-抗隆起板结构体系、降水、竖井分区跳挖4种措施形成的5种工况,探讨各种措施对隧道竖向隆起变形的控制作用,验证方案效果。结果表明:土体加固措施可减少10%~12%隧道隆起值,抗拔桩-抗隆起板结构体系可减少13%~15%,降水措施可减少3%~5%,效果最好的竖井分区跳挖措施可减少18%~21%;对于未采取加固措施的工况,隧道各断面竖向隆起变形最大值的理论值曲线变化趋势与实测值基本一致,但对于采取4种加固措施的工况,理论值偏于安全。

开放系统下冻胀引起地表隆起变形预测的解析方法

开放系统下土体冻胀引起土工结构变形致使其服役特性面临严峻挑战。基于土体冻胀非线性弹性力学模型,推导了计算半空间无限体中土单元在自重下冻胀的数学表达式,建立了水平场地土冻胀模拟方法,提出了考虑上部压载效应与位移边界变化的场地表面隆起位移及土体应力与应变的计算方法。在此基础上,利用开放系统下粉质黏土逐级降温冻胀室内试验,验证了冻胀引起地表隆起变形预测解析方法的可靠性。经验证,该变形预测解析方法可应用于寒区场地冻胀量的评估,进而为开放系统下土工结构物变形预测提供科学参考。

基坑上跨开挖诱发既有盾构隧道隆起变形研究

基坑上跨开挖将会引起既有盾构隧道隆起变形,危及既有盾构隧道的服役性能。目前基坑开挖引起的盾构隧道隆起变形的解析方法,通常将盾构隧道简化为埋置于弹性地基上的连续长梁,忽略了环间接头影响。针对前人研究的不足,提出带环间接头的盾构隧道计算模型,通过非线性Pasternak地基模型来考虑地基土变形的非线性特征,通过两阶段分析法,推导得到基坑上跨开挖作用下盾构隧道隆起位移和张开量简化解答。通过MINDLIN解计算基坑开挖引起的作用于盾构隧道上的附加荷载;建立基坑卸载下盾构隧道的隆起变形微分方程。利用有限差分法求解出基坑开挖引起的邻近盾构隧道隆起变形和内力分布。收集了三个工程实测数据,并将所提方法和实测数据、既有理论方法进行对比,验证所提方法的适用性。

基于GA-BP的基坑施工引起隧道隆起变形预测研究

通过遗传算法对BP神经网络的优化,结合郑州地铁1号线旁某深基坑工程施工的实际案例,建立深基坑施工引起邻近隧道隆起变形的预测模型,并通过MATLAB建模实现预测仿真。模型应用过程中利用“新陈代谢”的方法,根据实际监测情况不断调整样本数据,达到了实时预测的目的。研究结果表明:本文提出的预测模型对基坑施工过程中邻近隧道的隆起变形预测具有很高的准确性,并且对于不同的隧道截面具有很好的泛化能力,因此,对这类工程施工过程中,邻近隧道的安全运营具有一定的指导意义。

天津某半逆作法基坑结构柱隆起变形实测分析

半逆作法基坑施工可以综合明挖顺作法与盖挖逆作法的各自优势,节约造价且便于施工.天津某交通枢纽广场基坑采用环形盖挖逆作、中心明挖顺作的半逆作法施工,通过对结构柱隆沉变化实测数据进行分析研究表明,结构柱的竖向变形基本表现为开挖阶段隆起现象显著,层板施工阶段隆起稳定甚至发生轻微沉降.当基坑开挖深度较浅时,结构柱的隆起变形量相对较小,随着开挖深度增加隆起量急剧增大.半逆作法基坑的结构柱的最终隆起量为(0.19%~0.35%)D(D为基坑开挖深度),数值更接近于顺作法基坑,明显大于盖挖逆作法施工的基坑,这对地下结构安全性的影响也更加严重.在此基础上提出设计施工中的一些注意事项,为今后类似工程的建设提供参考.

考虑围岩强度劣化的隧道仰拱隆起变形分析

针对高速铁路隧道底部结构隆起变形问题,基于强度劣化理论,给出了泥质沉积岩地层条件下围岩强度降低引起的底部结构隆起变形机理模型。将强度劣化理论应用于数值模拟计算,结果表明隧底部结构隆起变形量随着围岩黏聚力的降低而增大;模拟值与现场监测数据变形量中线最大值相差约16.1%,边线最大值相差约11.3%;底部结构隆起变形趋势大致相符。将现场实测值仰拱隆起变形量与模拟值进行比较,得出围岩黏聚力降低随时间变化呈非线性趋于稳定,验证了强度劣化模型的适用性;仰拱填充层塑性区范围随黏聚力降低由排水沟开始逐渐向下、向两边扩展,黏聚力降低40%时塑性区拉破坏区域与现场监测裂缝位置大致相同。研究结果可为以后此类围岩隧道结构断面设计应考虑的围岩强度劣化提供参考。

矩形顶管施工引起地表隆起变形因素分析

以全国最长的大截面矩形顶管综合管廊工程为背景,研究矩形顶管施工过程中引起地表隆起变形的因素。采用弹性力学mindlin解为理论分析工具,将影响地表隆起变形的因素分为地层参数、设计参数和施工参数。地层参数包括土体泊松比和压缩模量;设计参数包括顶管断面尺寸、隧道埋深和后续管节的断面尺寸;施工参数包括顶管机顶进速度、正面附加推力、顶管机的摩擦系数和管节的摩擦系数。经过分析得到以下结论:(1)该工程地表隆起最大值达到29 mm,随后回落到15 mm并保持稳定,纵向隆起范围为20 m;(2)地层参数中,土体泊松比与地表隆起变形成正比,泊松比每变化0.1,地表隆起变化10 mm,土体压缩模量与地表隆起变形成反比;(3)设计参数中,顶管断面尺寸与地表隆起变形成正比,顶管机宽度每变化1 m,地表隆起变化3 mm,隧道埋深对地表隆起变形最大值不产生影响;(4)施工参数中,正面附加推力、顶管机的摩擦系数和后续管节的摩擦系数与地表隆起变形成正比,顶进速度只影响隆起值出现的时刻,而对隆起值的大小不产生影响。

基坑开挖引起邻近高铁桥墩隆起变形实例分析

为了研究基坑开挖过程对邻近高铁桥墩竖向变形的影响,对2个邻近高铁桥墩的基坑工程实例进行实时自动化监测,在对施工内容与监测结果对应分析的基础上,采用基于叠加原理的薄层分层总和法编制高铁桥墩临近荷载竖向变形影响计算软件PIAS,对计算结果与监测数据进行对比验证。监测结果显示,由于基坑开挖的卸载效应,实例一基坑开挖引起既有高铁桥墩隆起变形1.12 mm,实例二基坑开挖引起既有高铁桥墩隆起变形3.10 mm;计算结果显示,实例一基坑开挖引起既有高铁桥墩隆起变形0.93 mm,实例二基坑开挖引起既有高铁桥墩隆起变形2.79 mm;计算值与监测值基本一致,表明高铁桥墩临近荷载竖向变形影响计算软件PIAS适用于基坑开挖过程对临近高铁桥墩隆起变形的影响计算。