基坑开挖对临近既有盾构隧道影响的机理研究
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基坑开挖对下方既有盾构隧道影响分析摘要:针对基坑开挖对下方既有盾构隧道的影响,将不同研究方向与已有研究成果相结合,同时附上ABAQUS有限元模型位移云图,对既有预测隧道竖向最大位移的经验公式的参数取值范围提出了个人的见解并对隧道隆起形式结合基坑坑底隆起形式进行了解释。
关键词:隧道隆起;坑底变形;位移云图随着地铁在我国大规模的建设,邻近下方既有地铁隧道的基坑开挖工程日益增多。
基坑开挖卸载及降水措施,会使下方盾构隧道产生竖向和水平向位移,同时横截面产生收敛变形,而地铁对隧道的变形要求极其严格。
因此,研究基坑开挖对下方既有隧道的影响非常重要。
目前关于基坑开挖对既有隧道影响的研究有很多,姚爱军[1]等应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究了上方基坑开挖卸荷-加载作用下地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律;魏纲[2]等结合国内多个工程案例的实测数据,提出了预测隧道最大隆起值的经验公式,并得出隧道隆起范围为开挖范围的2.2 倍,;黄宏伟[3]等根据实际工程案例与有限元软件相结合,提出隧道变形的速率随着基坑开挖深度的增加逐渐增加,隧道纵向约 6 倍基坑宽度产生较大隆起;宋晓凤[4]等提出可以2h 为界限将基坑施工邻域分为强影响区和弱影响区;左殿军[5]等提出地表沉降、隧道衬砌位移随基坑开挖深度加深逐渐变大,在内支撑间距离较大时,沉降与位移增加速率较大。
作者结合自己的研究方向,对现有研究提出一些自己的看法。
1.对既有预测隧道竖向最大位移的经验公式的理解式中,Lmax為隧道最大隆起值;B为基坑开挖暴露的隧道长度;a为卸载率,该值越大,表明土体应力卸载越彻底;h为基坑开挖深度;H为隧道顶部覆土厚度;S为基坑开挖面与隧道的最小净距离。
式中并未对卸载率a的值取值范围做出规定,若将其用于预测基坑开挖宽度很大(即B很大),而开挖深度很小且基坑开挖面与隧道的最小净距离S 很大(即a很小)的隧道竖向最大位移时,结果将不适用。
基坑工程施工对邻近地铁盾构隧道的影响分析摘要:基坑工程常造成既有地铁隧道的变形,甚至影响地铁的正常运营,因此如何控制临近地铁隧道的基坑工程的变形就越来越受到重视。
但基坑施工对地铁隧道的影响与多种因素有关。
文章结合实例分析了基坑施工对紧邻地铁盾构隧道的影响。
关键词:地铁;盾构;影响;计算1.数值模型采用荷载结构法和修正惯用法对盾构隧道受力进行计算。
修正惯用法的基本思路为:将接头部分弯曲刚度的降低评价为环整体弯曲刚度的降低,管片是具有ηEI弯曲刚度的均匀环。
进一步考虑到搭接位置的接头部分弯矩分配,再根据ηEI 均匀弯曲刚度环计算出来的截面内力分析, 对弯矩考虑一个增减系数ε, 设(1+ε)M为主截面弯矩设计值, (1-ε) M为接头弯矩设计值。
本文取弯曲刚度有效率η=0.8,弯矩提高率ε=0.3。
广州地铁一号线黄沙站--长寿路站地铁区间隧道管片外直径6000 mm, 内直径5400 mm, 厚300 mm, 环宽1200mm。
盾构管片拼接块为6块,标准块圆心角72°,两邻接块圆心角64.5°,封顶块圆心角15°,横向接头为2处, 纵向接头11处, 纵向连接曲螺栓强度为M24。
根据管片结构参数,建立盾构隧道结构计算模型, 如图1。
图1 盾构隧道结构计算模型以广州地铁黄沙车站上盖地铁物业商住发展项目为研究背景, 对几种影响因素不同组合工况下的盾构隧道受力进行计算分析。
该工程场地地层从上往下依次为杂填土、砂土和强风化粉砂岩, 地下水主要为赋存于砂层中的孔隙水,属潜水性质, 地下水位埋深约为2m。
区间隧道顶部离地表为7m。
表1为各层土质厚度及其力学计算参数。
表1 地层力学计算参数隧道外壁采用全周弹簧约束考虑周边地层弹性抗力。
计算时,考虑了周边土弹簧抗压不抗拉的力学特性,即土弹簧受压时, 弹簧产生弹性抗力,土弹簧受拉时,弹簧不产生弹性抗力,退出工作状态。
土弹簧的基床系数一般可根据土的标准贯入击数, 采用经验公式进行计算; 或依据砂土的密实度, 根据经验查表。
基坑开挖对邻近既有盾构隧道的影响分析摘要:随着我国城市建设的快速发展,用地资源愈加紧张,临近地铁的基坑工程越来越多。
为保证城市轨道交通的运营安全,需要研究基坑施工影响范围内的地铁隧道位移、变形和应力等的变化规律。
研究临近地铁基坑施工的主要方法包括理论计算、现场实测、模型试验和数值模拟等。
理论计算一般不考虑地铁隧道和周围土体的非线性作用,需进行大量简化,计算精度较低;对于已运营隧道,现场实测受到诸多限制,较难做到与基坑施工实时同步监测,数值计算逐渐成为基坑施工对临近地铁影响分析的有效手段。
基坑开挖深度对临近地铁隧道的影响规律,认为当基坑开挖深度与地铁隧道上覆土厚度之比大于0.5时,隧道竖向位移与基坑开挖深度近似呈线性变化。
利用数值模拟计算,并通过与现场实测数据进行对比分析,发现在一定的深度范围内采用人工抽条开挖可明显减小地铁隧道的隆起变形速率。
研究了渗流应力耦合作用下基坑开挖对临近地铁隧道的影响,并提出了结构优化方案。
关键词:基坑开挖;盾构隧道;数值模拟;位移;隆起变形引言随着城市交通的快速发展,城市地铁建设迅速普及。
新建建筑施工时,基坑开挖过程容易对周围既有盾构隧道造成影响,引起隧道周围土体扰动,隧道不同部位随之产生位移和隆起变形。
鉴于此,以某已建地铁建设项目为背景,通过有限元结构分析软件MIDASGTS数值模拟的方法,计算开挖过程中隧道的位移及纵向隆起变形,并与现场实测数据进行对比,验证模拟的正确性。
1项目概况1.1工程概况某城市绕城高速改建采用半幅改造半幅通行方式进行,先南半幅路面改建、后北半幅改建。
改建工程与轨道交通运营1号线、在建5号线存在交叉。
交叉范围为改建绕城高速K31+840~K31+920段,对应轨道交通1号线左线K15+393~K15+468、右线K15+394~K15+470,对应5号线左右线K2+777~K2+852。
交叉范围内,高速公路路基基坑开挖深度约12.6~16.8m,开挖最底面距离1号线盾构隧道结构顶覆土厚度约4.15~5.07m,距离5号线盾构隧道结构顶覆土厚度约7.88~9.3m。
1工程概况1.1基坑工程基本情况重庆轨道交通4号线西延伸项目,车站与既有5号线、远期23号线换乘。
车站为地下两层岛式站。
项目周围环境复杂,西侧毗邻既有地铁隧道,最小距离为15.2m 。
西侧为A 、B 、C 三个附属结构。
其中,A 基坑开挖深度6~8.5m ,采用悬臂桩、灌注桩+锚索、土钉墙等支护方案。
B 基坑开挖深度9.2~15.8m ,采用复合土钉墙、灌注桩+锚索等支护方案,C 基坑开挖深度5.4~10.7m ,采用土钉墙、灌注桩+锚索等支护方案。
1.2既有地铁隧道基本情况地铁隧道区间线路全长1.2km ,采用盾构法施工,设计为双洞双线,埋深为9.2~11.4m 。
地质勘察结果显示,隧道主要穿越粉质黏土层。
地铁隧道上方是城市道路,断面宽度为42m ,由机动车道、非机动车道、人行道组成。
2基坑开挖对临近既有地铁隧道的影响等级评价依据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》(CJJ/T202-2013,以下简称《规范》)[1],根据基坑与隧道结构的位置关系及基坑支护方案,评价基坑开挖对地铁隧道的影响等级。
2.1A 基坑A 基坑距离地铁隧道的距离为15.2m ,开挖深度在6~8.5m 。
其中,灌注桩+锚索支护节段长度h 为7.9m ,间距15.2m 处于1.0h ~2.0h 之间,隧道结构位于一般影响区(C )内。
盾构施工时,盾构机外径D 为6.4m ,间距15.2m 处于2D ~3D 之间,属于较接近程度。
综合分析后,A 基坑开挖对地铁隧道结构的影响等级为三级。
2.2B 基坑B 基坑距离地铁隧道的距离为16.6m ,开挖深度在9.2~15.8m 。
其中,灌注桩+锚索支护节段长度h 为17.8m ,间距16.6m 处于0.7h ~1.0h 之间,隧道结构位于显著影响区(B )内。
盾构施工时,间距16.6m 处于2D ~3D 之间,属于较接近程度。
综合分析后,B 基坑开挖对地铁隧道结构的影响等级为二级。
2.3C 基坑C 基坑距离地铁隧道的距离为16.1m ,开挖深度在5.4~10.7m 。
探讨基坑开挖对临近地铁区间隧道变形的影响摘要:本文通过实际的工程案例,浅析了地铁施工当中基坑开挖对隧道等结构的影响,仅供参考。
关键词:地铁隧道;基坑开挖;变形;Abstract:in this paper,through the actualproject case,theconstructionofsubwayexcavation influence ontunnelstructure,for reference only.Keywords:subway tunnelexcavation;deformation;1隧道变形的原因对处于软土地层中的盾构隧道来说,影响隧道沉降的因素非常复杂。
既有盾构推进施工引起的,又有沿线土层性质变化决定的,有周围环境变化引起的,也有隧道营运产生的等等各种因素。
1.1施工期间对隧道纵向变形的影响施工期间的隧道变形主要是由于盾构推进时对周围土体的扰动,以及注浆等施工活动引起的。
具体包括以下几点原因:①开挖面底下的土体扰动;②盾尾后压浆不及时不充分;③盾构在曲线推进或纠偏推进中造成超挖;④盾壳对周围土体的摩擦和剪切造成隧道周围土层的扰动;⑤盾构挤压推进对土体的扰动。
因此,隧道一般要在盾构推进完成后半年至一年才投入使用,此时隧道的初始变形和周围土体的固结变形已基本完成。
1.2运营期间中对隧道纵向变形的影响处于饱和软弱土层中的隧道在长期运营中,一般都会产生较大的纵向沉降,占总沉降量的主要部分。
其主要影响因素包括以下几个部分:①隧道邻近建筑施工活动的影响。
隧道邻近范围内的各种建筑施工活动扰动隧道周围土体,对土层施加新的附加荷载,造成隧道周围土层产生沉降,从而导致隧道发生纵向不均匀变形;②隧道上方地表的加载。
隧道上方修建高层建筑物、构筑物、地面堆载等引起的地表加载都是导致隧道纵向不均匀沉降的重要因素。
在软弱土层中的盾构隧道中,当隧道上方增加地面荷载,会敏感地增加沉降和不均匀沉降。
基坑开挖对相邻浅埋盾构隧道的的影响分析及安全管控措施摘要:浅埋地铁隧道因所处地质教差,离地面较近,因此非常容易受到外部作业影响而导致发生位移变化。
本文结合某邻近地铁浅埋隧道的建筑基坑工程的施工和地铁隧道监测,研究了基坑开挖施工对邻近既有浅埋隧道的变形影响,分析了基坑开挖过程中隧道结构的位移变化,以了解基坑开挖施工引起的隧道结构位移变化情况,为今后类似工程施工提供借鉴。
关键词:既有浅埋隧道、基坑开挖监测变形分析前言近年来,我国地铁线路发展越发迅猛,涉及地铁控制保护区范围的工程也随之大量增加,而部分隧道由于受场地及设计要求所限,隧道埋深较浅且所处地质较差,外部施工对其影响尤为显著。
基坑围护结构的实施势必会扰动土层,同时基坑开挖过程中势必引起应力重新分布,在该过程中,隧道的受力平衡将被打破。
再重新达到平衡过程中,隧道将发生必要的位移变化,严重时可能还会因此发生渗漏的情况。
因此,必须重视浅埋隧道的安全保护,以确保地铁结构安全和正常运营。
一、工程概况1.1项目概况某项目基坑周长约为466m,总占地面积约23113m2,为三层地下室基坑。
该项目现状地面高程(广州城建高程,以下均同)为+19.26~+25.26m,基底高程为+7.56m,基坑开挖深度约为11.7~17.7m,邻近地铁侧采用“800/1000mm厚地连墙+三道内支撑”支护,地连墙外采用Ф850@1200三轴搅拌桩止水,桩长为21~24.5m。
1.2地铁概况及与项目的位置关系邻近地铁隧道位于该基坑的南侧,隧道外径约为6m,隧道结构顶覆土厚度约3.5~4.8m,与该工程止水桩、地下连续墙结构外边线之间的最小水平近距分别约为6m、7m。
图1基坑与地铁结构平面位置关系图2基坑与地铁结构三维关系二、工程地质该工程场地地貌单元属于冲积平原,地层由上到下分别为人工填土、粉质黏土层、中粗砂层、可塑状砂质粘性土、硬塑状砂质粘性土、全风化混合花岗岩、混合岩带、强风化混合花岗岩、混合岩带、中风化混合花岗岩、混合岩带、微风化混合花岗岩、混合岩带等,地铁隧道位于硬塑状砂质粘性土,基坑底亦处于硬塑状砂质粘性土层,该土层岩芯呈土柱状或散砂状,遇水崩解。
基坑开挖对临近运营地铁盾构隧道的影响随着城市的发展,地铁线路的网络越来越密集,城市中基坑开挖往往紧邻地铁隧道,且基坑开挖对周围运营的地铁隧道总会产生影响,需要进行深入的研究,因此研究基坑开挖对已运营地铁隧道的影响具有非常重要的现实意义。
首先,论文利用数值正交试验方法,研究了基坑与隧道距离、基坑开挖深度、围护桩结构位移三个因素对隧道变形敏感性的影响。
所选三个因素对管片水平变形影响的敏感性由大到小依次为:基坑开挖深度>基坑与隧道间距>围护结构位移;所选三个因素对管片拱顶变形影响的敏感性次序为:基坑与隧道间距>围护结构位移>基坑开挖深度;对拱底变形影响的敏感性次序为:基坑与隧道间距>开挖深度>围护结构位移。
其次,文中采用数值模拟方法研究了上述三个因素对管片变形的影响程度及规律。
当基坑开挖到管片拱顶埋深以上位置时,管片水平位移较小,竖向出现少量上浮,但开挖超过拱顶埋深时,管片水平变形急剧增加,竖向拱顶开始出现下沉。
当基坑与隧道间距超过20米后,隧道超出基坑开挖影响范围,水平及竖向位移均可满足规范要求。
隧道水平位移与支护结构桩体位移关系约成三次方关系增长。
最后,论文将研究成果应用于沈阳中环广场基坑开挖对临近盾构隧道影响项目,验证本文结论的正确性,研究成果为沈阳地区同类工程提供参考。
基坑开挖对临近既有地铁隧道的影响分析摘要:在有限的城市地下空间中,地铁隧道在其使用阶段不可避免地会受到临近工程活动影响。
基坑开挖对临近地铁隧道会产生较大的不利影响,关系到地铁隧道的正常使用及安全性问题。
将基坑开挖施工对邻近既有隧道影响的研究方法归纳为:理论法、数值分析方法和现场实测方法,对发展概况及研究进展进行了综述,提出了目前该领域中需要研究的一些课题。
关键词:既有隧道;基坑开挖;变形;卸荷Abstract: In the limited city underground space of subway tunnel in the using stage, inevitably will be close to engineering activities. Foundation pit excavation on adjacent metro tunnel will have a larger adverse effects related to the subway tunnel, the normal use and safety problems. The excavation of foundation pit on adjacent existing tunnel effect research methods summarized as: theory, numerical analysis and field measurement method, the development survey and research progress were summarized, put forward the need to study in some project.Key words: tunnel; excavation; deformation; unloading中图分类号: TV551.4文献标识码: A 文章编号:前言处于城市环境中的地铁隧道,在其使用阶段不可避免地会受到这样或那样的工程活动影响。