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基坑近接既有地鐵盾構(gòu)在樁錨技術(shù)的基礎(chǔ)上對隧道施工安全影響分析

發(fā)布時間：2014-09-22 19:19

【摘要】 對于在既有地鐵盾構(gòu)隧道旁采用樁錨技術(shù)施工的大型基坑工程,由于基坑的大面積開挖卸荷打破了原有的地層平衡條件,使得基坑周圍土體在不平衡力的作用下向著基坑方向變形和位移,同時這種不平衡作用改變了既有盾構(gòu)隧道周邊圍巖應(yīng)力狀態(tài),導(dǎo)致圍巖應(yīng)力出現(xiàn)應(yīng)力重分布,而既有盾構(gòu)隧道是根據(jù)原先的圍巖條件設(shè)計而成,再者地鐵盾構(gòu)隧道對巖土體變形比較敏感,極易由于巖土的變形而出現(xiàn)不均勻位移,當(dāng)基坑開挖的卸荷影響達(dá)到一定程度,就會威脅到盾構(gòu)隧道的正常使用和結(jié)構(gòu)安全,如軌道線形不滿足列車運(yùn)營要求,盾構(gòu)接頭螺栓出現(xiàn)拉伸破壞,管片接頭防水措施失效,盾構(gòu)管片出現(xiàn)縱向錯動等現(xiàn)象的產(chǎn)生。那么在基坑開挖的一個多大范圍之內(nèi),基坑開挖對鄰近既有盾構(gòu)隧道影響比較強(qiáng)烈,必須采取施工對策才能保證盾構(gòu)隧道的正常使用和基坑的順利施工；在什么范圍內(nèi)基坑開挖對鄰近既有盾構(gòu)隧道影響比較弱甚至沒有影響,只需采用一般的施工輔助措施甚至不需要采取施工對策,這是擺在廣大學(xué)者和巖土工程師面前亟待解決的一個問題。本文以沈陽中環(huán)廣場南塊地超大基坑近接既有地鐵盾構(gòu)隧道施工工程為背景,在對盾構(gòu)隧道縱向等效剛度模型進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上確定將盾構(gòu)隧道縱向變形曲率作為近接影響分區(qū)準(zhǔn)則,然后利用大型有限元軟件Abaqus,通過改變既有盾構(gòu)和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的距離,對既有盾構(gòu)隧道位于基坑側(cè)方、基坑底面-45°方向、基坑被動土區(qū)、基坑底面正下方4種類型12種工況進(jìn)行三維數(shù)值模擬,分析基坑開挖對地表沉降變形,既有盾構(gòu)隧道變形和連續(xù)墻水平變形的影響規(guī)律,主要結(jié)論及成果如下：(1)通過對盾構(gòu)隧道縱向等效剛度模型的研究,表明盾構(gòu)隧道縱向變形曲率半徑和螺栓張開量與螺栓內(nèi)力之間存在著力學(xué)和數(shù)學(xué)上的關(guān)系,也是基坑近接盾構(gòu)隧道施工中隧道結(jié)構(gòu)安全和正常使用的關(guān)鍵指標(biāo),從而確定將盾構(gòu)隧道縱向變形曲率半徑作為近接影響判斷準(zhǔn)則。(2)將盾構(gòu)隧道軌道線形是否受到影響的臨界狀態(tài)、盾構(gòu)隧道管片環(huán)間接頭處于極限狀態(tài)對應(yīng)的盾構(gòu)隧道縱向變形曲率半徑分別作為強(qiáng)弱影響區(qū)和弱無影響區(qū)的劃分閾值,然后在數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)上建立基于樁錨技術(shù)的基坑近接既有盾構(gòu)隧道施工工程的影響分區(qū)圖,并提出了相應(yīng)的施工對策,對同類工程設(shè)計和施工具有一定借鑒意義。 

【關(guān)鍵詞】 樁錨技術(shù)； 基坑； 地鐵盾構(gòu)隧道； 近接施工； 影響分區(qū)； 

第1章緒論

1.1問題的提出
人類社會的進(jìn)步和發(fā)展總是圍繞著“衣、食、住、行”而展開，而“住、行”對于任何一座城市來說都顯得尤為重要，尤其對中國這個人均占地面積稀少的國家來說，更是重中之重。伴隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，人流不斷向著城市涌入，于是城市居民居住和出行與城市建設(shè)用地稀少之間的矛盾越來越突出，如何解決這一矛盾成為了推動城市發(fā)展的關(guān)鍵問題。對于出行來說，傳統(tǒng)的交通手段已難以滿足城市人民的交通需求，“堵城’’仿佛一夜之間成為了很多大城市的代名詞。地鐵因為具有運(yùn)輸速度快、投送人流量大、安全性能高等特點(diǎn)，正在被越來越多的城市采納和推廣，截至目前為止，全國正在規(guī)劃和建設(shè)地鐵的城市已有33座，預(yù)計在2010年一2015年全國地鐵建設(shè)總投資將近12000億元，全國地鐵總里程將達(dá)到6100公里，而北京、上海、天津、廣州、深圳等城市已基本形成了地鐵運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)。對于居住問題，像北京、上海、深圳等城市的地面空間已處于飽和階段，如若繼續(xù)發(fā)展地上空間，將打破原有的生態(tài)平衡系統(tǒng)形成熱島效應(yīng)，不利于城市的健康發(fā)展。因此開發(fā)地下空間，可以有效提高城市土地資源利用率，增加綠化用地，改善城市的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)人和自然的和諧發(fā)展。
由于地鐵往往修筑在城市的中心地帶，周圍房屋建筑、管線、地下商場密集，傳統(tǒng)的礦山法施工很難有用武之地，而盾構(gòu)法因為其具有機(jī)械化程度高、施工速度快、對周圍環(huán)境影響小等特點(diǎn)而被廣泛采用。傳統(tǒng)礦山法包含兩層襯砌，即初支和二襯，而盾構(gòu)隧道則由預(yù)制管片通過螺栓連接而成，其受力機(jī)理和其他施工方法修筑的地鐵險道存在明顯的區(qū)別。
目前，已在各大城市中成功開發(fā)了一大批各種各樣的地下空間，如地鐵、地下商場、地下通道、地下油庫、地下糧倉、地下停車場，以及各種地下民用和軍用設(shè)施等，這勢必造成基坑工程的大量產(chǎn)生。這些基坑工程通常位于城市的繁華區(qū)域，周圍地面和地下建筑（構(gòu)）物密集，其地理環(huán)境極其特殊，基坑的施工除了需要考慮自身的安全外，還要保證周圍建（構(gòu)）筑物的安全和正常使用。其中對于采用樁鋪技術(shù)施工的大型基坑工程，由于盾構(gòu)險道對周圍地層的變形比較敏感，如何在基坑施工時保證地鐵盾構(gòu)險道的正常運(yùn)營和安全，將基坑工程對盾構(gòu)險道的影響控制在合理的范圍之內(nèi)，是擺在廣大地下工程研究者面前的一個突出問題。對于地鐵盾構(gòu)隧道的控制和保護(hù)，上海地區(qū)研究較早，國內(nèi)其他城市普遍參考上海地區(qū)的地鐵保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，即地鐵險道的絕對位移（上海為20mm、）和險道變形的曲率半徑（上海為15000rn)進(jìn)行限制’就存在著兩個問題，首先，如果單純從維持基坑正常施工來說，是很難滿足地鐵隧道對變形的嚴(yán)格要求；再者就是基坑和盾構(gòu)險道之間的距離為多少時不會對盾構(gòu)險道造成影響，當(dāng)距離小到多少的時候又必須采取輔助措施才能滿足地鐵險道的變形要求；最后地鐵險道位于基坑的側(cè)方和下方時，基坑開挖對它們的影響和作用機(jī)理存在什么樣的差別。
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1.2課題的研究意義
基坑施工過程是基坑支護(hù)體系和周圍土體相互作用不斷變化的一個過程，土體是支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的主要荷載來源，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作為荷載的主要承載體系。基坑幵挖不僅受支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的影響，而且與周圍土體的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)緊密相連。支護(hù)體系的設(shè)計涉及土力學(xué)中巖土體穩(wěn)定、土體變形、滲流和地基承載力等問題，并且涵蓋了結(jié)構(gòu)工程和巖土工程兩個不同學(xué)科的內(nèi)容。而基坑支護(hù)體系設(shè)計，除了少數(shù)支護(hù)墻作為后期結(jié)構(gòu)墻之外，絕大部分都是作為臨時結(jié)構(gòu)，而臨時結(jié)構(gòu)的安全儲備通常小于永久結(jié)構(gòu)，因此基坑施工存在很大的風(fēng)險性。
當(dāng)基坑位于開闊區(qū)域，基坑設(shè)計往往以基坑穩(wěn)定作為設(shè)計條件，當(dāng)基坑所處環(huán)境比較復(fù)雜，如基坑周圍存在地鐵、地下管線、建筑物等建（構(gòu)）筑物時，就需要對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的變形進(jìn)行控制，以變形控制作為主要的設(shè)計依據(jù)�；娱_挖是土體卸荷的一個過程，基坑的幵挖打破了原有的巖土體力學(xué)平衡體系，而周圍土體在這種不平衡力的驅(qū)使下發(fā)生變形與位移。支護(hù)體系就是為了平衡由于基坑開挖卸荷產(chǎn)生的不平衡力而施作的，由此可見基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系類型的合理性關(guān)系著整個基坑施工的順利進(jìn)行和周圍建（構(gòu)）筑物的安全。
基于圣維南原理，基坑開挖對周圍土層的影響是局部的，且在局部影響范圍之內(nèi)存在著梯度關(guān)系。對于釆用樁錨技術(shù)施工的基坑工程，當(dāng)鄰近盾構(gòu)隧道和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離多遠(yuǎn)時，基坑施工會對其造成影響，需要采取相關(guān)對策進(jìn)行風(fēng)險規(guī)避，抑或當(dāng)盾構(gòu)隧道離基坑多遠(yuǎn)時，基坑施工不會對鄰近地鐵盾構(gòu)險道的安全運(yùn)營造成影響，而不必采取任何輔助措施，從而建立一個基坑近接地鐵盾構(gòu)隧道安全影響分區(qū)。依據(jù)這個安全影響分區(qū)，可以大大簡便基坑的設(shè)計施工過程，利于基坑的快速設(shè)計，最終更好的指導(dǎo)施工實踐。

1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3.1基坑施工引起變形的研究現(xiàn)狀
侯學(xué)淵在“城市基坑工程發(fā)展的幾點(diǎn)看法”一文中，針對城市基坑所處的復(fù)雜周邊環(huán)境，提出基坑設(shè)計應(yīng)該從原有的強(qiáng)度控制設(shè)計向變形控制設(shè)計轉(zhuǎn)變，才能滿足周圍建（構(gòu)）筑物的變形要求，同時指出設(shè)計應(yīng)當(dāng)與施工相配合，通過施工數(shù)據(jù)的反分析指導(dǎo)和修正設(shè)計。
李琳、楊敏、熊巨華(2007)通過對46個在上海和杭州地區(qū)成功修建的軟土基坑工程的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，研究了最大相對側(cè)移與開挖深度的關(guān)系、最大側(cè)移埋深與開挖深度的關(guān)系、支撐的相對剛度與開挖深度的關(guān)系、抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)與最大相對側(cè)移的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)基底隆起、周圍土體變形、圍護(hù)樁位移這三者之間存在緊密的聯(lián)系，指出增大基坑底面抗隆起安全系數(shù)可有效減小周圍地表沉降，同時指出現(xiàn)有規(guī)范中的變形控制標(biāo)準(zhǔn)偏于保守。
劉國彬、侯學(xué)淵[3j提出了一種計算軟土基坑底部隆起變形的新方法一殘余應(yīng)力分析法，該法考慮了基坑施工過程的應(yīng)力路徑和巖土體的應(yīng)力歷史，反應(yīng)了基坑幵挖卸荷作用下巖土體的應(yīng)力調(diào)整過程，經(jīng)多個工程實踐證明，殘余應(yīng)力分析法可預(yù)測基底隆起變形量，為基坑穩(wěn)定和變形的判斷提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。
俞建霖、龔曉南[4j考慮到基坑變形是由存在親合關(guān)系的的基底隆起位移、地面沉降、圍護(hù)位移這三部分組成，用傳統(tǒng)的等值梁法、彈性地基梁法、平面應(yīng)變法較難反應(yīng)基坑施工實際變形，因而開發(fā)了三維有限元分析程序研究了圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移、周圍地表沉降基坑底部隆起的變形空間分布情況。
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第2章基坑變形與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

基坑是一種為建筑物基礎(chǔ)或者地下室施工提供施工環(huán)境的地下空間�；痈鶕�(jù)有無支護(hù)結(jié)構(gòu)分為兩大類，即無支護(hù)基坑和有支護(hù)基坑。無支護(hù)基坑一般在基坑開挖深度較小，地下水位比較低，場地開闊且周圍無重耍建（構(gòu)）筑物的情況下采用，其施工一般采用放坡幵挖形式。當(dāng)基坑坑壁土質(zhì)不穩(wěn)定，地下水位較低，埋深較大且周圍地面或者地下環(huán)境中存在建（構(gòu)）筑物無法采用放坡開挖吋，就必須利用支護(hù)進(jìn)行基坑施工。城市中地面建筑物和地下管線、地下橫通道、地下鐵道等建（構(gòu)）筑物密集，不具備放坡施工條件，通常采用有支護(hù)的基坑形式。本文主要探討的是有支護(hù)基坑且支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一種臨時性的結(jié)構(gòu)形式（和圍護(hù)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)物二墻合一的結(jié)構(gòu)形式[21別開來），為建筑物基礎(chǔ)和地下室的安全施工提供地下空間。
本文主要研究的是基坑開挖對鄰近地鐵盾構(gòu)險道的安全影響，基坑施工是導(dǎo)致盾構(gòu)隧道變形和位移的根源，而基坑是分階段施工，不同施工階段周圍不同部位土體的變形和位移運(yùn)動通常表現(xiàn)不一樣的形式，因此有必要對基坑變形與支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力展幵研究�；訋酝谛逗纱蚱屏嗽械耐馏w平衡狀態(tài)，基坑周圍土體應(yīng)力得到釋放，土體在不平衡力作用下向著基坑開挖空間運(yùn)動。盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土體剛度，基于極限思想，假定盾構(gòu)險道剛度不斷減小，減小到和土體的剛度相同，基坑的幵挖將導(dǎo)致周圍土體和盾構(gòu)隧道同時運(yùn)動，此時盾構(gòu)險道和周圍土體的變形是一致的，相應(yīng)的盾構(gòu)險道變形可以稱它為盾構(gòu)隧道隨動變形；而實際情況中，盾構(gòu)隧道的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土體剛度，基坑開挖將同樣導(dǎo)致周圍土體的變形位移，而盾構(gòu)隧道和周圍土體的變形和位移存在差異，盾構(gòu)隧道對周圍土體的變形產(chǎn)生抵抗作用，就如同插入變形土體中加強(qiáng)鋼筋一樣，此時引起的盾構(gòu)隧道變形稱為盾構(gòu)隧道抵抗變形，當(dāng)土體的變形過大，盾構(gòu)險道就會因為其抵抗變形能力達(dá)到極限狀態(tài)而產(chǎn)生破壞，如螺栓拉斷、管片開裂。

2.1基坑變形的主要影響因素
基坑變形主要包含支護(hù)體系變形和周圍土體的變形，當(dāng)基坑周圍環(huán)境存在隧道、管線、房屋建筑物等地面與地下工程結(jié)構(gòu)物時，還包含周圍建（構(gòu)）筑物的變形�；幼冃闻c施工過程息息相關(guān)，不同施工階段有著不一樣的變形狀態(tài)�；幼冃斡绊懸蛩乇姸啵爬ㄆ饋碇饕ɑ拥囊�(guī)模與大小、基坑所處區(qū)域的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方法、時間效應(yīng)與空間效應(yīng)。
對于某個確定性的基坑來說，基坑所處環(huán)境是無法改變的，如基坑的平面尺寸與開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、基坑周邊環(huán)境等。為了探求基坑施工過程中的變形規(guī)律及其對周圍環(huán)境的影響，有必要對基坑的主要變形影響因素進(jìn)行研究。
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2.2支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法
2.2.1彈性地基梁法
基坑施工通常采用分層分段形式進(jìn)行開挖，開挖到一定深度，為了維持坑壁的穩(wěn)定和抵抗土壓力增大造成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，就必須施作橫向支撐，因而在不同開挖深度和相應(yīng)的支撐施作階段，基坑具有不同的受力和變形，如圖2-4。彈性地基梁法基于一定的力學(xué)假定，可以較好地分析隨著基坑開挖深度的變化和支撐的施作下圍護(hù)樁墻的受力情況，因而在圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到廣泛采用。平面彈性地基梁法是將圍護(hù)結(jié)構(gòu)看作豎向埋置于土體中的彈性地基梁，基坑底面以上的水平支撐和錨桿、描索等支撐結(jié)構(gòu)用水平彈賛支座模擬，基坑外側(cè)土體自重產(chǎn)生的土壓力作用在彈性地基梁上，而基坑底面以下土體根據(jù)水平彈性抗力系數(shù)假定為水平彈黃支座。由于該法能夠根據(jù)基坑開挖階段考慮土壓力變化和支撐施作對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，可以有效計算和較真實地反映圍護(hù)樁墻隨著基坑開挖深度不斷變化的內(nèi)力和變形，因而在實踐過程中得到廣泛運(yùn)用，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》也將該法作為圍護(hù)樁墻內(nèi)力和變形的主要計算方法，并對其作了詳細(xì)的闡述。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)為排樁結(jié)構(gòu)時按照卑樁進(jìn)行分析，排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)土壓力計算寬度ba根據(jù)剛度等效原理取為排樁間距，對于嵌固段作用于排樁上的土壓力A和其相應(yīng)計算寬度參照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012[42j中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行取值（如圖2-5 )。

平面彈性地基梁法的難點(diǎn)就是基坑底部土體水平抗力的確定，也就是如何將土體簡化成為水平彈簧支座，即土體彈簧剛度的確定問題。土體彈黃剛度的計算公式如下：
KH= kHbh                   (2-4)
其中，h代表地基土水平基床系數(shù)（kN/m); b, A分別代表土體彈簧的水平和豎向計算間距（m)。
水平基床系數(shù)的計算公式如下，可按照下圖中五種不同的形式計算。
KH=A0+kzN               (2-5)
式中，A為水平地面處的水平基床系數(shù)，其值通常取為0;k為比例系數(shù)；Z為計算深度；N為常數(shù)。

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第3章地鐵盾構(gòu)隧道安全控制標(biāo)準(zhǔn)研究.........................................25
3.1盾構(gòu)隧道橫斷面計算理論與模型.........................................25
3.1.1慣用計算法.........................................25
3.1.2修正慣用計算法.........................................26
3.1.3多鉸鉸接環(huán)法.........................................26
3.1.4梁彈簧模型法.........................................27
3.2盾構(gòu)隧道縱向計算理論與模型.........................................27
3.2.1縱向梁-彈簧模型.........................................27
3.2.2縱向等效剛度模型理論.........................................29
3.3區(qū)間盾構(gòu)隧道臨界曲率半徑及環(huán)縫張開量.........................................35
3.3.1盾構(gòu)隧道臨界曲率半徑.........................................35
3.3.2盾構(gòu)隧道相關(guān)界值間的關(guān)系分析.........................................36
3.4地鐵盾構(gòu)隧道安全控制標(biāo)準(zhǔn)分析.........................................37
3.5本章小結(jié).........................................37
第4章基于樁錨技術(shù)的基坑近接既有地鐵盾構(gòu)隧道安全影響研究.........................................38
4.1研究范圍的確定.........................................38
4.2有限元分析概況.........................................38
4.2.1模型的建立.........................................38
4.2.2模擬工況及施工方法.........................................43
4.3基坑近接側(cè)方既有盾構(gòu)隧道的有限元分析.........................................46
4.3.1地表沉降變形分析.........................................46
4.3.2盾構(gòu)險道變形分析.........................................47
4.3.3連續(xù)墻水平變形分析.........................................51
4.4基坑底面45°角方向上存在既有盾構(gòu)隧道的有限元分析.........................................52
4.4.1地表沉降變形分析.........................................52
4.4.2盾構(gòu)隧道變形分析.........................................53
4.4.3連續(xù)墻水平變形分析.........................................58
4.5基坑被動土區(qū)存在既有盾構(gòu)隧道的有限元分析.........................................59
4.5.1地表沉降變形分析.........................................59
4.5.2盾構(gòu)隧道變形分析.........................................60
4.5.3連續(xù)墻水平變形分析.........................................64
4.6基坑下伏既有盾構(gòu)隧道的有限元分析.........................................65
4.6.1地表沉降變形分析.........................................65
4.6.2盾構(gòu)隧道變形分析.........................................66
4.6.3連續(xù)墻水平變形分析.........................................71
4.7本章小結(jié).........................................72

第5章基坑近接既有地鐵盾構(gòu)隧道安全影響分區(qū)及對策研究

5.1國內(nèi)外基坑近接施工工程的影響分區(qū)、近接度研究
關(guān)于近接施工的研究，日本做的較全面和系統(tǒng)，并形成了相關(guān)指南，其在1997年頒布的《既有鐵路險道近接施工指南》中針對既有鐵路隧道上方進(jìn)行明挖基坑這一類型工程，根據(jù)殘留埋深比將近接影響分做了三級區(qū)劃，具體見下表5-1。

由北京城建勘測設(shè)計院主編的《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50911-2013[54j對基坑和險道施工工程做了較簡單的分區(qū)。對于基坑工程，根據(jù)基坑施工對周邊圍巖擾動和對周圍環(huán)境的影響程度，將基坑影響劃分為強(qiáng)烈、一般和輕微三個級別，見表5-2和圖5-1。


2007年，R本公布的《城市鐵路結(jié)構(gòu)物鄰近施工對策手冊》針對近接施工工程類型、近接工程的大小規(guī)模、近接工程的空間位置關(guān)系、與既有險道的距離、近接工程所處地形地質(zhì)環(huán)境、既有結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健全度、施工對策等做出判斷，對近接工程的近接度做出區(qū)劃，并將近接影響區(qū)域劃分為采取對策范圍、注意范圍、無影響范圍三個范圍。其中對于基坑近接建筑物施工工程的影響區(qū)劃如圖5-2。

圖中Z),= (2c-g)/rxtan(90°-α)，c代表土體粘聚力，q代表作用于基礎(chǔ)上的建筑荷載值，r代表土體重度，α= 45°+ φ/2 （φ為內(nèi)摩擦角）。圖中I、II、III分別代表對策范圍、注意范圍、無影響范圍。該近接影響分區(qū)是以既有建筑物作為研究問題，沒有考慮基坑施工方法、基坑規(guī)模、周圍地質(zhì)情況和支護(hù)參數(shù)等對近接影響分的影響，因而其分區(qū)比較保守。李俊松博士[55]在針對上述近接影響分區(qū)中存在的問題，以京石客運(yùn)專線石家莊險道中明挖基坑工程為研究背景，通過數(shù)值模擬利用強(qiáng)度折減法對近接距離、既有建筑物荷載寬度、預(yù)應(yīng)力描索、圍護(hù)結(jié)構(gòu)彈模、圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度等進(jìn)行強(qiáng)度折減，并以塑性區(qū)是否貫通作為基坑失穩(wěn)的判斷依據(jù)來計算基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，最終確定將錨索預(yù)應(yīng)力作為分區(qū)判斷準(zhǔn)則進(jìn)行影響分區(qū)。
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結(jié)論與展望

結(jié)論
本文以沈陽中環(huán)廣場南塊地基坑近接既有盾構(gòu)隧道施工工程為依托，通過對縱向等效剛度模型的研究分析，確定將縱向變形曲率半徑作為近接影響分區(qū)準(zhǔn)則，然后利用大型有限元軟件Abaqus建立三維分析模型，對當(dāng)盾構(gòu)隧道位于基坑側(cè)方、盾構(gòu)隧道位于基坑底面45°方向、盾構(gòu)隧道位于基坑被動土區(qū)、基坑底部正下方4種類型12工況進(jìn)行了有限元模擬，研究分析了在常規(guī)施工條件下采用樁錨技術(shù)的基坑近接既有盾構(gòu)隧道施工的安全影響及其分K，具體結(jié)論如下：
(1)通過對縱向等效剛度模型的研究，發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)隧道縱向變形曲率半徑和螺栓張幵量與螺栓內(nèi)力之間存在著力學(xué)和數(shù)學(xué)上的關(guān)系，即微觀層面的螺栓張開量與螺栓內(nèi)力可通過宏觀層面的縱向變形曲率半徑反映，同時考慮到地鐵盾構(gòu)隧道對地層的不均勻變形比較敏感，因而可將縱向變形曲率半徑作為近接影響判斷準(zhǔn)則。
(2)當(dāng)縱向變形曲率半徑大于15000m時，對軌道線形影響較小，盾構(gòu)隧道管片接頭螺栓都處于彈性受力狀態(tài)，此時盾構(gòu)隧道可以正常使用，隧道結(jié)構(gòu)安全；當(dāng)縱向變形曲率半徑大于4120m但小于15000m時，接頭螺栓仍處于彈性受力狀態(tài)，但軌道線形受到一定影響；而當(dāng)縱向變形曲率半徑小于4120m時，盾構(gòu)隧道接頭螺栓已經(jīng)處于塑性受力狀態(tài)，之后隧道縱向彎曲剛度下降速度很快，同時軌道線形受到較大影響，盾構(gòu)隧道的使用功能受到重大威脅。因此，可以將縱向變形曲率半徑15000m作為弱、無影響區(qū)的劃分界值，將4120m作為強(qiáng)、弱影響區(qū)的劃分閾值。
(3)當(dāng)盾構(gòu)隧道位置確定時，盾構(gòu)隧道水平、豎向變形均隨著基坑開挖深度的增大而不斷增大，且基坑開挖對基底下方盾構(gòu)隧道的變形影響要強(qiáng)于側(cè)方和其他方位上盾構(gòu)隧道的變形影響。
(4)當(dāng)盾構(gòu)隧道與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的距離不斷增大時，基坑開挖對盾構(gòu)隧道的影響不斷減小，即水平、豎向位移和縱向曲率半徑均不斷減小。研究發(fā)現(xiàn)，基坑開挖對基坑側(cè)方、基坑底面-45°方向的盾構(gòu)隧道水平位移影響大于豎向位移影響，而當(dāng)盾構(gòu)隧道位于基坑底部以下正中央和被動土區(qū)時，恰好相反。
(5)通過數(shù)值模擬可以得到各工況的盾構(gòu)隧道的水平和豎向變形曲線，然后利用matlab進(jìn)行分段擬合求得相應(yīng)的水平和豎向縱向最小變形曲率半徑，對比發(fā)現(xiàn)類型1和類型2中各工況的水平縱向變形曲率半徑起控制作用，而類型3和類型4中各工況的豎向縱向變形曲率半徑起控制作用。
(6)由于基坑開挖圍巖應(yīng)力重分布只存在于局部區(qū)域，而且應(yīng)力在局部區(qū)域存在梯度關(guān)系，并且基坑開挖對盾構(gòu)隧道近接影響與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和盾構(gòu)隧道的之間距離的N次方成反比，就可利用matlab進(jìn)行曲線擬合求得各類型中的縱向變形曲率半徑和距離的關(guān)系式，然后將縱向變形曲率半徑分界值4120m和15000m代入關(guān)系式計算出各類型中強(qiáng)、弱、無影響區(qū)域分界距離，最終以此繪制在常規(guī)施工條件下基于樁錨技術(shù)的基坑近接既有盾構(gòu)隧道施工的安全影響分區(qū)圖。
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參考文獻(xiàn):


本文編號：9137

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