深基坑开挖对邻近地铁隧道影响的分析

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深基坑开挖及降水引起土层变形,从而会引起附近地铁隧道的变形。深基坑工程对附近地铁隧道影响的研究是土木工程领域的热点问题。南京地铁2号线附近一大型深基坑开挖工程基坑面积约32000㎡,开挖深度约20 m,基坑距离已有隧道较近。本文以该工程为背景,在大量相关资料收集的基础上、采用有限元模拟方法、并与现场监测数据进行对比,研究深基坑开挖对邻近地铁隧道产生的影响及其规律。主要研究内容与结论如下:(1)经过查阅以及参考大量的有关资料,对相关研究方法如离心试验法、理论分析法、数值模拟法以及现场实测法进行了归纳分析和总结。收集归纳20个基坑开挖对邻近既有隧道影响的相关实际工程案例,并采用数理统计方法,对基坑开挖引起邻近隧道变形不同影响因素进行分析,得到的规律为后续计算分析提供基础。(2)基于背景工程资料,建立三维有限元计算模型。土体采用摩尔—库伦弹塑性模型,研究了五种开挖深度下,基坑支护变形、隧道上方地表沉降、基坑坑底隆起、隧道衬砌结构的变形等。计算表明:基坑地连墙发生向基坑内的形变,基坑支撑发生竖直向下的变形,基坑底部发生隆起,隧道上方地表沉降呈凹型弧线,沉降最大发生在隧道距离基坑最近处。隧道衬砌结构向下和向基坑方向发生位移,随着开挖深度的不断加深,位移值逐渐增大,沉降分量最大值为3 mm、向基坑方向的水平位移分量最大值为4 mm,与实测变形在同一数量级。(3)为更合理地预测基坑开挖卸载效应和降水作用下土体的变形及附近隧道的变形,采用硬化土模型,考虑基坑开挖实际应力路径,研究卸载模量与加载模量明显不同情况下对基坑变形的影响。计算表明使用硬化土模型的基坑坑底回弹值明显小于不考虑卸载和加载模量差异的计算结果,也更符合实际情况;同时研究了降水对地铁隧道变形的影响,发现考虑降水之后隧道形变值明显变大,在今后的实际工程中,对存在渗流的情况需要合理地考虑降水对地下工程的影响。(4)将有限元分析结果与现场实测数据进行对比表明,两者的变形规律相符,隧道沉降和水平位移曲线呈凹型,实测沉降分量最大值为5mm,向基坑方向的水平位移分量为6mm,且变形量在安全范围之内。
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