Numerical analyses of influence of overlying pit excavation on existing tunnels

The response of existing tunnel due to overlying excavation was studied using 2D FEM (Finite element method). Three typical locations of tunnel with respect to excavation, namely at the central line under the excavation bottom, directly under the base of diaphragm wall and outside of diaphragm, were considered. The variation of tunnel response with the change of location of tunnel was analyzed. The stress path of soil surrounding tunnel during the process of excavation was compared. Numerical analysis results indicate that the underlying tunnels at different locations under the excavation will experience convergence and divergence due to overlying excavation. Moreover, the tunnel located below base of diaphragm wall will experience distortion. The deformation is mainly due to the uneven changes of ground contact pressure on tunnel linings. Both the vertical and horizontal displacement of the tunnel decrease with the increase of the tunnel embedded depth beneath the formation of excavation.

An analytic study on the deflection of subway tunnel due to adjacent excavation of foundation pit

Predicting and estimating the response of sub- way tunnel to adjacent excavation of foundation pit is a research focus in the field of underground engineering. Based on the principle of two-stage method and incre- mental method, an analytic approach is suggested in this paper to solve this problem in an accurate and rapid way, and the upheavals of tunnel due to adjacent excavation are solved by analytic method. Besides, the presented method is used in the practical engineering case of Shenzhen Metro Line 11 and verified by numerical simulation and in situ measurement. Finally, a parametric analysis is performed to investigate the influence of different factors on tunnel＇s deflection. Some useful conclusions have been drawn from the research as below： The deflection results of tunnel obtained from analytic method are nearly consistent with the results getting from numerical analysis and measured data, which verified the accuracy and rationality of pre- sented method. The excavation size has a significant impact on both the displacement values and influenced range of tunnel. However, the relative distance only impacts the displacement values of tunnel, but not the influenced range of tunnel. It may provide certain reference to analyze the deflection of subway tunnel influenced by adjacent excavation.

基坑开挖导致邻近既有隧道变形的主动控制研究

采用有限元分析方法对新型支撑轴力主动控制系统进行了研究,提出了一种支撑轴力设计方法;在对支撑不施加主动轴力的情况下,研究了花岗岩残积土地层中基坑开挖对既有隧道的影响,根据基坑侧边不同位置隧道在基坑开挖作用下的位移划分了基坑开挖影响区;基于提出的轴力设计方法,研究了基坑开挖过程中支撑轴力主动控制对既有隧道位移的影响规律;获得了隧道位移控制到预警值10 mm以下的临界控制比,分析了其在不同隧道位置时的分布规律。结果表明:该地层中的影响区范围相对已有研究的影响区更小;隧道位移与地连墙位移的控制比近似呈正比关系;基坑腰部0.6倍挖深位置附近隧道的水平位移需进行最严格的控制,靠近基坑且深度较深的区域通过水平位移控制得到的临界控制比更小,应以隧道水平位移控制为主,而远离基坑且深度较浅的区域应以隧道竖向位移控制为主;花岗岩残积土中的基坑开挖影响区以及对临界控制比的量化研究成果可为类似工程提供参考。

成都地区卵石地层深基坑开挖的土压力计算方法

[目的]现有土压力理论计算方法未考虑卵石地层孔隙度大、结构松散等离散性特点,计算结果与实际土压力有所偏差,需要研究适用于成都地区卵石地层的土压力计算方法。[方法]以成都轨道交通7号线为依托,分析卵石地层深基坑土压力与朗肯土压力理论值的差别,并建立深基坑开挖土压力计算方法。采用离散元数值模拟和数据统计分析,获取围护结构平动、围护结构绕墙顶转动和围护结构绕墙底转动三种基本变位模式下静止土压力、被动土压力和主动土压力的分布特征。与朗肯土压力理论计算结果进行比较,得到不同变位模式下三种土压力的修正系数,并建立深基坑土压力修正计算方法。进一步与现场实测数据比较,对比验证所提出的土压力计算方法。[结果及结论]主动土压力和被动土压力分布形式具有强烈的非线性,可采用双折线进行描述,交点分别位于埋深8 m和9 m处。静止土压力修正系数分布在0.91~0.96之间,在使用时不需要修正;主动土压力修正系数分布在0.33~0.78之间,被动土压力修正系数分布在0.52~0.91之间,在使用时应予以修正。所提出的卵石地层深基坑土压力计算结果与现场实测结果吻合较好,可为类似轨道交通工程提供参考。

盾构机始发井深基坑力学和变形特性离心模型试验研究

为探究盾构机始发井深基坑开挖过程中周边土体的应力、变形和土压力分布规律,通过对工程原型进行概化,在典型土层条件下,采用停机-开挖-支护的模拟方式开展了方形基坑和圆形基坑两种方案共2组离心模型试验,从地连墙的弯矩和其后土体的水平位移、基坑外侧土压力分布以及地表沉降等角度,对比分析了两种盾构机始发井深基坑开挖过程的工程特性。结果表明:地面沉降随基坑开挖深度增大逐渐增加,形成沉降槽状;地连墙土压力变化呈非线性,随着基坑开挖不断深入的,离地表较近处的土压力逐渐变大,而深处的土压力则逐渐减小;在第5步开挖时2组模型地下连续墙水平位移均达到最大值,圆形基坑是方形基坑的1.4倍,同时地连墙的弯矩也达到最大值,圆形基坑比方形基坑小320 kN·m。研究成果可为深埋隧道深基坑的优化设计和开挖提供指导。

软土地层临近地铁基坑施工影响控制研究

随着城市地铁沿线地下空间的持续开发,基坑施工对临近地铁变形影响控制越来越受到关注。以上海某邻近地铁的基坑工程为例,通过实测分析和数值计算的方法研究了基坑开挖和拆撑对临近隧道变形的影响,并对伺服系统控制临近隧道变形进行定量分析。结果表明:覆存于软土地层中的隧道对临近施工扰动非常敏感,尽管大区基坑与隧道间距超过2.5倍开挖深度,隧道变形仍超过了监护要求的控制值;大区地下结构施工时拆撑对隧道收敛变形影响超过开挖影响的50%;应力伺服支撑系统对控制临近隧道变形比较有效,适当的“负位移”可以对隧道变形产生有利效果。

旁侧深大基坑开挖对邻近地铁隧道变形影响研究

为探究深基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,文中以杭州某邻近地铁隧道的深基坑工程为背景,建立坑底在隧道正侧方的三维模型,分析基坑开挖过程中邻近隧道的变形规律,并结合研究结果提出相应的监测方法。结果表明基坑开挖时要重视隧道顶部的裂缝监测;隧道变形以隆起为主,并产生远离基坑的水平位移及扭转;基坑与隧道水平距离超过25m后基坑开挖对隧道基本没有影响;基坑底板的施工能有效控制隧道变形,研究结果可为类似工程施工提供参考。

城轨项目基坑施工对综合管廊盾构井的影响分析

本文以广州市天河智慧城科韵路段综合管廊K4井为研究对象,进行临近城轨项目基坑施工对综合管廊盾构井的影响分析。利用岩土工程专用软件Midas/GTS进行有限元模拟,通过对关键施工步骤的数据统计,分析了临近基坑开挖对K4井地层位移、地连墙位移、内支撑轴力的变化及其影响规律,并提出了合理的建议和措施,保证了基坑的安全施工。

基于非极限土压力的基坑开挖引起隧道变形的计算方法

由于基坑开挖引起邻近隧道变形,继而影响地铁在隧道中的安全运行,因此如何准确预测邻近隧道变形是个值得研究的问题。根据非极限土压力计算方法,计算基坑开挖卸荷坑壁上的土压力,利用Mindlin求解公式,获得基坑开挖阶段旁侧隧道上的附加荷载,将隧道结构看作Winkler地基梁上的Euler梁,建立弹性地基梁微分方程,给出隧道水平位移变形的解析方法。基于该方法分析了基坑开挖引起邻近隧道的水平位移。研究结果表明:随着基坑开挖深度的增加,隧道水平位移相应增加;考虑非极限土压力计算得到的隧道水平位移结果与实测值较为接近,误差总体保持在20%以内;相较于传统隧道水平位移求解方法,笔者方法更加符合实际。

邻近基坑预降水影响下既有隧道受力变形分析

为探讨基坑降水引起的既有隧道受力变形特性,依托实际工程建立三维数值模型,以隧道的最大竖向位移为评价指标,使用正交表筛选最优组合和主要影响因素,而后对主要影响因素进行单变量分析,研究隧道受力变形规律。研究表明:通过极差分析和方差分析发现,连续墙插入深度是影响坑外隧道最大竖向位移的主要因素,故邻近既有隧道的新建基坑工程有降水需求时,可先选取该因素进行隧道变形控制;随着连续墙插入深度的增加,隧道弯矩和变形均会随之减少,当连续墙插入深度到达透水性较差的土层后隧道变形显著减小,此时隧道变形能得到有效控制,而继续增加插入深度对于控制隧道变形意义不大;降水使坑外邻近隧道产生朝向坑内斜向下的“横鸭蛋”沉降变形,施工过程中应重点关注隧道拱顶和邻近基坑侧拱腰的变形情况。

湖域明挖隧道深基坑开挖与支护稳定分析

阳澄湖隧道基坑工程具有土方开挖量大、地质条件差以及所处位置特殊,紧靠京沪高铁丹昆特大桥的特点,严重影响基坑开挖安全和开挖进度。工程设计采用分级放坡开挖,边坡采用网喷+土钉联合支护结合井点降水的开挖支护方案。针对基坑稳定问题,采用理正岩土软件对基坑边坡两个典型断面的整体稳定性、抗隆起稳定性和抗突涌稳定性进行验算。同时使用FLAC3D数值模拟软件对基坑开挖过程进行了模拟,对基坑开挖引起的地表沉降、边坡变形、塑性区开展等结果进行计算,验证了基坑施工的稳定性。

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。

不规则深基坑降水开挖稳定性及其对紧邻地下综合管廊的影响研究

针对北京市通州区某紧邻两条地下综合管廊不规则深基坑工程,建立了基坑及地下综合管廊的三维有限元分析模型,模拟分析了基坑降水开挖的稳定性及其对地下综合管廊受力变形的影响。结果表明:鉴于基坑形状极不规则,沉降峰值主要出现在基坑北侧“尖”的两侧,西侧和南侧侧移值较大;基坑边缘周边地表沉降基本呈现先增大后减小的趋势。不同断面支护结构的受力变形也不同。非管廊侧锚杆轴力约为管廊侧的70%,护坡桩在不同断面处发生不同程度的水平位移,靠近管廊侧桩顶平均水平位移较大;基坑降水开挖引起的两条紧邻综合管廊的最大竖向和水平位移发生的区域基本相同。此外,两管廊交会处最大剪应力、最大主应力和最小主应力值都相对较大。

TBM法在山岭高速公路隧道施工中的应用研究

随着我国经济的快速发展,交通基础设施的建设也在不断加强,其中,隧道工程更是表现出了“多、长、大、高、深”的特点,隧道工程建设难度越来越大,风险越来越高,TBM(岩石隧道掘进机)法应运而生。与传统钻爆法施工相比,TBM法具有机械化程度高、安全性好、施工速度快等优点,但因公路隧道断面较大,TBM法施工空间及造价要求较高等原因,目前在公路隧道中的应用较少。文章将从TBM施工平行导坑、TBM施工主洞超前导坑等方面阐述目前TBM法在山岭高速公路隧道施工中的应用。

邻近运营隧道的大型基坑放坡开挖影响与实测兮析

[目的]基坑及隧道因建设过程的差异存在复杂的耦合作用,在基坑施工过程中会不可避免地对既有运营隧道产生扰动,引起隧道的位移,严重时将影响隧道运营安全。因此,有必要研究合理的基坑开挖方法和开挖步序,以减少基坑开挖过程中对既有邻近隧道的影响。[方法]依托某下沉式广场基坑,采用有限元数值模拟的方法针对邻近既有隧道的基坑的4种开挖工况进行研究,分析了不同开挖方法、开挖步序下的隧道内力分布规律、位移变化趋势及地层变形特征,比较了不同工况对施工期间隧道变形的影响,并结合基坑开挖期间的现场实际监测数据加以验证分析。[结果及结论]与拉槽放坡开挖相比,普通放坡开挖引起的隧道竖向变形较小;与整层开挖相比,接续开挖引起的隧道竖向变形较小;不同工序的隧道竖向变形最终结果较接近;与接续开挖相比,整层开挖引起的隧道水平变形比较大,这主要是由开挖步序多、基坑的时空效应明显所导致。根据现场实际监测数据,施工期间隧道竖向变形、水平变形,以及轨道竖向相对变形呈现先增大、后减小的趋势。

深基坑工程对现有桥梁桩基变形的影响分析

城市交通基础设施建设条件日趋复杂。由于道路快速化改造,新建明挖下穿隧道近距离穿越既有桥梁桩基时,造成桥梁桩基水平位移,影响桥梁结构的安全。通过计算分析华南地区典型软基地质条件修建下穿隧道进行基坑开挖引起桥梁桩基的位移,对比分析不同支护条件下的基坑开挖对桥梁桩基位移的影响。结果表明:不同基坑围护结构的刚度对桩基位移影响显著,采用ϕ0.8m、ϕ1.0m、ϕ1.2m钻孔灌注桩作为支护结构时,桥梁桩基的水平移位分别为9.4mm、6.3mm、4.5mm。同时,基坑的基底处理方式对桩基的位移、基坑的整体安全、桥梁的安全也具有重要的作用。结合监测成果,基坑采用ϕ1.2m钻孔灌注桩围护结构+高压旋喷桩基底处理方案时,基坑和桥梁桩基水平位移的控制效果较好。

盾构隧道内堆载对基坑开挖引起的隧道上浮量的控制效果研究

基坑开挖会引起下卧盾构隧道产生上浮,隧道内堆载可以有效控制上浮量。本文采用两阶段方法,推导隧道内堆载措施下基坑开挖引起的盾构隧道上浮量计算公式。首先,基于影像源法计算基坑开挖坑底隆起引起的隧道附加应力,采用能够考虑土质条件的方法计算得到隧道内堆载引起的隧道附加应力,叠加得到总的附加应力;其次,采用转动与错台协同模型计算得到隧道受力与变形;使用Midas有限元软件对具体工况进行三维建模,并将隧道纵向隆起量数值模拟结果与公式计算结果进行对比。研究结果表明:本文方法计算结果与有限元模拟结果较吻合,验证了本文方法的合理性;假设基坑开挖长度为L,最佳堆载范围为距离堆载中心±L/3范围内,超出最佳范围时堆载控制效果减弱;土体内摩擦角对隧道变形影响较大,土体内摩擦角越小,堆载对隧道变形的控制效果越好。

基坑施工对临近隧道的影响分析

以邻近区间隧道的某基坑工程为例,利用MADIS有限元软件分别对基坑降水、基坑开挖等工况对相邻地铁结构的影响进行深入分析。研究显示:①基坑降水工况下,隧道水平位移明显小于竖向位移。②在基坑下部开挖与基坑上部开挖深度基本相同的情况下,下部开挖引起的相邻隧道变形明显大于上部开挖。③从隧道变形量值上来看,开挖至基底引起隧道水平位移明显大于竖向位移。④受力分析表明隧道配筋满足要求。数值模拟结果与实际监测结果基本吻合,可为类似邻近地铁结构的工程建设提供一定借鉴。

坑中坑型深基坑施工对邻近地铁隧道影响分析

紧邻既有地铁隧道进行深基坑开挖施工将对地铁隧道及运营安全产生影响,以紧邻长沙市地铁2号线已运营隧道区间的某深基坑工程为研究对象,通过划分不同施工工况,利用有限元数值软件Midas/GTS对基坑开挖卸荷阶段的基坑支护结构与隧道变形进行模拟分析。计算结果表明,基坑开挖对既有盾构隧道不利影响主要表现在水平位移、竖向隆起,竖向隆起变化量大于水平位移变化量,数据均在变形控制标准最大限值内,根据结果对支护结构优化,可确保既有地铁隧道安全。

基于特征融合的既有隧道上基坑开挖变形量数值模拟

针对隧道上基坑开挖极易引发周围地质失衡、变形的问题,研究基于特征融合的既有隧道上基坑开挖变形量数值模拟。在明确某工程段基础地质条件的基础上,构建基坑数值模型,开展基坑开挖施工模拟,提取变形图三个特征并利用权重融合在一起,确定变形区间,进而分析既有隧道上基坑开挖应力分布情况以及X轴、Y轴和Z轴三个方向的基坑开挖变形量。结果表明:X轴、Y轴和Z轴三个方向均出现不同程度的变形,其中Y轴变形量最大,其次是X轴,最后是Z轴,说明该工程基坑开挖主要对垂直方向的地质结构产生变形影响。X轴、Y轴和Z轴三个方向的变形量均未超过设置的标准,说明该工程基坑开挖并未影响下方既有隧道的安全性和稳定性。