基坑開挖對(duì)鄰近地鐵隧道變形的影響

1、基坑開挖對(duì)臨近隧道變形的影響基坑開挖對(duì)臨近隧道變形的影響復(fù)雜介質(zhì)數(shù)值分析方法課題匯報(bào)匯報(bào)人：徐聞達(dá)匯報(bào)人：徐聞達(dá)2016年年1月月11日日學(xué)校：浙江大學(xué)學(xué)校：浙江大學(xué)專業(yè)：防災(zāi)減災(zāi)級(jí)防護(hù)工程專業(yè)：防災(zāi)減災(zāi)級(jí)防護(hù)工程學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：21512071 指導(dǎo)老師：呂慶指導(dǎo)老師：呂慶1、地鐵成為重要的交通工具之一，越來越多的基坑工程出現(xiàn)在地 鐵隧道附近。2、基坑開挖導(dǎo)致地鐵隧道產(chǎn)生變形，影響地鐵的正常運(yùn)營，甚至嚴(yán)重影響地鐵隧道的安全。 3、缺乏認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)保守，造價(jià)偏高，浪費(fèi)資源；未考慮基坑開 挖的影響，導(dǎo)致隧道變形過大。隧道變形力學(xué)機(jī)理隧道變形力學(xué)機(jī)理1 2基坑開挖對(duì)隧道變形的影響基坑開挖對(duì)隧道變形的影響

2、3結(jié)論結(jié)論4三維有限元數(shù)值模擬三維有限元數(shù)值模擬 1 隧道變形的力學(xué)機(jī)理隧道變形的力學(xué)機(jī)理開挖卸荷,坑底回彈，受到指向基坑側(cè)的附加應(yīng)力,產(chǎn)生水平位移。開挖前隧道處于平衡狀態(tài)。圖2-1 基坑開挖對(duì)隧道水平位移的影響開挖打破應(yīng)力平衡,加荷和卸荷應(yīng)力引起土體移動(dòng),導(dǎo)致隧道產(chǎn)生變形、收斂。 1 隧道變形的力學(xué)機(jī)理隧道變形的力學(xué)機(jī)理開挖后,對(duì)于A類基坑,隆起位移；對(duì)于C類基坑,下沉位移。豎向位移出現(xiàn)隆起和下沉兩種情況。降水引起土體的有效應(yīng)力增加,導(dǎo)致隧道下沉。圖2-2 基坑開挖對(duì)隧道豎向位移的影響豎向位移，受基坑開挖卸荷與降水加荷雙重因素的共同影響。 2 模型建立模型建立工程概況工程概況 杭政儲(chǔ)出地塊場

3、地位于杭州市下沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，包括86-1和86-2兩個(gè)地塊。本基坑工程位于 86-2 塊地。設(shè)有連通的三 四層地下室。工程周邊管線復(fù)雜，距杭州地鐵一號(hào)線運(yùn)營段最近距離僅 5m，設(shè)計(jì)基坑安全等級(jí)為一級(jí)。基坑周邊環(huán)境如下圖所示。 2 模型建立模型建立基坑開挖深度12m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐聯(lián)合支護(hù)。地下連續(xù)墻的入土深度為10m，厚度0.8m。共設(shè)3道內(nèi)支撐（-1m、-5m、-9m），截面面積取0.8m2定義邊界定義邊界開挖深度12m，寬30m，長60m邊界尺寸取長160m，寬130m，深52m。 2 模型建立模型建立定義土層定義土層添加鉆孔，杭州東部粉質(zhì)土層（四層）土體本構(gòu)模型釆用土

4、體小應(yīng)變硬化模型。定義結(jié)構(gòu)單元定義結(jié)構(gòu)單元開挖面：-1m、-5m、-9m、-12m盾構(gòu)隧道 ：水平距離6m，埋深10m。D取6.2m，軸線長度160m。支護(hù)結(jié)構(gòu)：地下連續(xù)墻（板單元），腰梁與支撐（梁單元） 隧道支護(hù)襯砌（板單元）。共生成12024 單元, 19092 節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分將隧道等效折合成均勻化為連續(xù)體。網(wǎng)格單元采用正四面體單元，設(shè)置網(wǎng)格單元為粗。 2 模型建立模型建立假設(shè)條件假設(shè)條件1.認(rèn)為土層均為水平，只定義一個(gè)鉆孔；2.土體設(shè)為連續(xù)各向同性彈塑性材料；2.隧道襯吻與土體緊密接觸，沒有發(fā)生分離，體接觸耦合；3.圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)等認(rèn)為是線彈性材料；4.不考慮土體固結(jié)和蠕變的

5、影響，即不考慮時(shí)間因素對(duì)變形的影響；施工步驟施工步驟Step1：生成初始地應(yīng)力；Step2：隧道開挖，生成襯徹；Step3：生成地下連續(xù)墻、腰梁及內(nèi)支撐；Step4：重置位移為零，開挖第一層土體；Step5：生成第一道支撐、腰梁以及立柱；Step6：開挖第二層土體，基坑內(nèi)水位降至-7m；Step7：生成第二道支撐、腰梁；Step8：開挖第三層土體，水位降到-10m；Step9：生成第三道支撐、腰梁；Step10：開挖第四層土體，水位降到-13m。 2 模型建立模型建立 生成計(jì)算結(jié)果，得到隧道結(jié)構(gòu)水平位移如圖所示。隧道最大水平位移位于隧道距基坑較近段中中間頂部 2 模型建立模型建立 數(shù)值計(jì)算所得

6、隧道最大水平位移12.1mm，小于地鐵隧道結(jié)構(gòu)控制位移值20mm，符合隧道變形控制要求。 各階段位移曲線位移變化趨勢基本一致，實(shí)測結(jié)果會(huì)比數(shù)值計(jì)算結(jié)果偏大。對(duì)比監(jiān)測數(shù)據(jù) 2 模型建立模型建立 3 基坑開挖對(duì)隧道變形的影響基坑開挖對(duì)隧道變形的影響研究思路研究思路：選取開挖過程中三個(gè)典型的影響因素1、隧道埋深2、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度3、地下水位1、隧道埋深、隧道埋深 分別取隧道埋深h等于8m、10m、12m、14m、16m。 3 基坑開挖對(duì)隧道變形的影響基坑開挖對(duì)隧道變形的影響2、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度、支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度 改變支撐（梁）的截面面積，初始d=0.8。 3 基坑開挖對(duì)隧道變形的影響基坑開挖對(duì)隧道變形的影響

7、3 基坑開挖對(duì)隧道變形的影響基坑開挖對(duì)隧道變形的影響4、地下水位、地下水位 選取不同的地下水位：-2m、-3m、-4m、-5m、-6m。 3 基坑開挖對(duì)隧道變形的影響基坑開挖對(duì)隧道變形的影響 4 結(jié)論結(jié)論1）隧道埋深對(duì)隧道變形的影響比較明顯，大致呈開口向下的拋物線形式變化。開挖基坑過程中，要十分注意開挖深度與隧道埋深的關(guān)系，當(dāng)開挖深度與隧道埋深相差不大時(shí)，務(wù)必引起重視，時(shí)刻監(jiān)測隧道變形。2）支撐剛度對(duì)隧道變形的總體影響并不十分顯著，與支撐的位置有關(guān)。支撐位置越靠近隧道底，支撐剛度對(duì)隧道變形的影響越大。增加支撐剛度可以適當(dāng)減小隧道的變形。3）基坑開挖時(shí),臨近地鐵隧道受初始地下水位的影響比較顯著，初始地下水位越淺相應(yīng)的影響就越強(qiáng)。在施工時(shí)需要時(shí)刻監(jiān)視地下水位的變化，掌握地下水位變化對(duì)隧道位移、收斂的影響狀況,做到信息化施工。 4 結(jié)論結(jié)論后續(xù)的研究工作后續(xù)的研究工作1）有研究表明，隧道變形與隧道環(huán)外部土體擾動(dòng)以及開挖的時(shí)空效應(yīng)有密切關(guān)系，今后可以在這兩個(gè)方面對(duì)隧道變形的影響進(jìn)行研究。 2）今后可針對(duì)在多個(gè)影響因素、交叉影響條件下地鐵隧道受影響規(guī)律展開進(jìn)一步研究。 3）數(shù)值