侧方基坑开挖对盾构隧道的影响研究
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蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼蕼撑轴力趋于稳定,所测支撑轴力数据与现场工况相符。
表3为混凝土支撑轴力设计值和实测值对比,由表3可知,实测轴力最大值接近理论设计轴力值,说明监
测方案精确性较高。参考文献[1]摇刘国彬.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.[2]摇李文峰.对地铁基坑混凝土支撑轴力监测精准性的探讨[J].隧道
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,2011(6):4547.收稿日期:20190628第一作者简介:聂摇浩(1992—),男,2018年毕业于西南交通大学岩土工程专业,工学硕士,助理工程师。文章编号:16727479(2019)05006907侧方基坑开挖对盾构隧道的影响研究
聂摇浩1摇张摇康2摇鹿摇江1摇卜庆源1摇周雨阳2摇杲摇昊2
(1郾中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,山东济南摇250001;2郾济南轨道交通集团有限公司,山东济南摇250001)
摇摇摘摇要:为了研究侧上方基坑放坡开挖对盾构隧道的影响,利用FLAC3D建立三维数值模型,模拟轨道
交通侧方基坑开挖的施工全过程,从盾构管片内力及模型位移等角度分析基坑开挖对盾构隧道的影响,并
将数值计算结果与现场观测数据进行对比。结果表明,随基坑开挖深度的不断增加,盾构管片及基坑边坡
水平位移不断增大,当基坑开挖至坑底时,基坑中部位置处盾构管片变形最大,管片拱肩位置处水平位移
最大(为5郾24mm),拱顶最大竖向隆起为1郾01mm,拱腰最小曲率半径达482690m,管片拱肩位置处存在
压应力集中(最大压力为3郾58MPa)。当基坑内部结构施工完成后,管片水平位移量减小。为减小基坑开
挖对盾构隧道的影响,基坑开挖至坑底后应尽快施作内部结构,有利于控制盾构管片变形。关键词:基坑;放坡开挖;盾构隧道;位移;应力
中图分类号:U451摇摇文献标识码:ADOI:10.19630/j.cnki.tdkc.201906280001开放科学(资源服务)标识码(OSID):
StudyontheInfluenceofFoundationPitExcavation
onExistingShieldTunnel
NieHao摇ZhangKang摇LuJiang摇BuQingyuan摇ZhouYuyang摇GaoHao
(JinanDesignInstitute,ChinaRailwayEngineeringDesignandConsultantsGroupCo.,Ltd,ShandongJinan250001,China)
Abstract:UsingFLAC3Dnumericalcalculationsoftwaretosimulatethewholeprocessoffoundation96侧方基坑开挖对盾构隧道的影响研究:聂摇浩摇张摇康摇鹿摇江等pitexcavation,thestressanddeformationofthemodelandshieldsegmentsduringfoundationexcavationare
obtained.Throughnumericalcalculation,thedeformationoftheshieldsegmentisthelargestwhenthe
foundationpitisexcavatedtothebottomofthepit.Themaximumhorizontaldisplacementis5郾25mm,and
themaximumverticaldisplacementis1郾01mm.Whenthestructureofthefoundationpitisconstructed,the
displacementofthesegmentisreduced.Thenumericalcalculationresultsarecomparedwiththefield
observationdatatoobtainthesamedeformationlawofthetubeafterexcavation.Inordertoreducethe
influenceoffoundationpitexcavationontheshieldtunnel,itisrecommendedtoapplytheinternalstructureas
soonaspossibleafterexcavationtothebottomofthepit,whichisbeneficialtocontrolthedeformationofthe
shieldsegment.
Keywords:Foundationpit;Gradingexcavation;shieldtunnel;displacement;stress;
摇摇随着城市轨道交通的快速发展,地下隧道与基坑
工程的相对距离也越来越近。为保证城市轨道交通建
设与运营的安全,进行基坑开挖对既有盾构隧道的影
响研究显得十分重要[12]。
目前,国内学者利用数值计算的方法对既有轨道
交通上方基坑开挖进行了大量研究。蔡建鹏[3]分析
了基坑开挖卸荷再加载对下卧隧道的影响,并据此提
出结构优化方案。曹前[4]计算了基坑开挖后下卧隧
道的变形及内力,提出可采用分仓开挖方式降低其影
响。高强[5]认为:采用分槽、分段、分层、对称开挖方
式,可有效控制坑底土体隆起及下卧隧道的变形。李
辉[6]认为:可通过隧道纵向变形曲率、螺栓的张开量
及内力关系区分基坑开挖的影响区。徐中华[79]等对
基坑开挖岩土体本构模型及岩土体参数进行了适用性
分析。李志高[1011]等通过实测数据进行了基坑开挖
对盾构隧道影响的分析,并针对基坑特点提出相应的
工程措施。张俊峰[12]利用数值计算与现场监测等方
法,对上海软土地区上卧基坑开挖进行综合比较分析,
得到基坑开挖后的变形特征。以往研究中,基坑多处
于隧道正上方,对于基坑位于盾构隧道侧方的研究相
对较少。
以济南市某临近地铁隧道基坑开挖为背景,研究
基坑放坡开挖对侧方盾构隧道的影响。
1摇工程概况
1郾1摇工程环境
拟开挖基坑顶部与邻近区间隧道之间水平投影距
离为10郾6m,基坑底部距隧道顶部的竖向投影距离为5郾4m,基坑开挖最深处距场坪地表约为8郾30m。综合
技术与经济条件,拟采用土钉放坡开挖的支护形式(按1颐0郾3放坡),共设置5排土钉,土钉长度分别为
9郾0m、9郾0m、12m、12m、7郾5m,竖向与横向间距均为
1郾5m,入射角为15毅,采用直径为110mm的土钉钻孔。基坑长约80m,基坑长轴方向与区间隧道轴向近
似平行,基坑与左右线隧道的平剖面相对位置关系如
图1~图2。
图1摇基坑与隧道平面相对位置关系(单位:m)摇1郾2摇工程地质概况
工程影响范围内的岩土体主要为素填土、粉质黏土、残积土、全风化及强风化闪长岩等,岩土体物理力
学参数见表1。
表1摇岩土体物理力学参数
岩土名称天然重度籽/(kN/m3)黏聚力c/kPa内摩擦角渍/(毅)压缩模量E/MPa泊松比自素填土1810郾010郾06郾30郾30粉质黏土19郾412郾012郾530郾00郾30黏土1914郾012郾025郾00郾31残积土18郾517郾417郾545郾00郾29强风化闪长岩2250郾035郾0200郾00郾26
场地地下水属孔隙潜水,地下水位埋深较浅,丰水
期水位接近地表。地下水对地下结构的混凝土及钢筋具有微弱腐蚀性。1郾3摇基坑支护方案
该基坑的开挖深度相对较浅且距轨道交通区间隧07铁摇道摇勘摇察2019年第5期
图2摇剖面相对位置关系(单位:mm,高程:m)摇道相对较远,依据《城市轨道交通结构安全保护技术
规范》中外部作业工程影响分区划分原则,可判定该
工程处于一般影响区。此时,盾构隧道已通过基坑位
置,尚未进行铺轨作业,区间隧道变形控制指标相对宽
松。综合开挖技术条件与工程成本,拟采用土钉开挖
支护形式。
根据地勘资料,施工期内地下水位埋深为2郾10~3郾70m之间,地下水较丰富。为避免基坑施工降水对
盾构隧道产生不良影响,采用了止水帷幕截水、回灌井
补水等措施,以保证区间隧道周围区域大体处于原地
下水环境。
2摇数值分析
2郾1摇模型建立
依据隧道与基坑的空间位置关系,利用FLAC3D建
立三维有限元计算模型。
综合考虑模型计算效率与影响,取模型X向范围
为85郾8m;区间隧道距模型底部长度取3倍左右洞径
长度,则模型Z向长度为33m;模型尺寸为:X伊Y伊Z(长伊宽伊高)=85郾5m伊150m伊33m,共有151220个单
元,159396个节点。计算模型如图3所示。
采用Mohr鄄Coulomb结构模型的实体单元模拟,锚
杆采用内置cable结构单元模拟,坡面喷混采用shell
结构单元模拟[13],支护结构与盾构管片的相对位置如图4所示。
图3摇基坑计算模型摇
图4摇基坑与隧道相对位置关系摇模型上边界采用自由边界,模型前、后、左、右采用
垂直于模型表面的水平位移约束,模型底部采用竖向
位移约束[14]。17侧方基坑开挖对盾构隧道的影响研究:聂摇浩摇张摇康摇鹿摇江等
