軟土地區(qū)開挖卸荷對鄰近地鐵隧道的影響研究.pdf

1、基坑開挖和盾構(gòu)開挖是目前我國城市建設(shè)中廣泛存在的兩類地下工程開挖活動，開挖卸荷改變了周圍土體初始應(yīng)力狀態(tài)并對鄰近既有地鐵隧道產(chǎn)生不利影響。如何準(zhǔn)確地預(yù)測和控制地下開挖引起的鄰近既有隧道附加內(nèi)力和變形具有迫切而重要的工程意義。軟土的土質(zhì)條件、地基分層特性、基坑圍護結(jié)構(gòu)、地層加固以及抗拔樁加強措施等因素對既有隧道的縱向變形均有重要影響，但是目前對于此類問題的研究尚不夠成熟。論文將這些問題作為新的研究方向提了出來，主要采用理論分析和數(shù)值模擬等

2、研究手段，結(jié)合離心機試驗算例和現(xiàn)場工程實測數(shù)據(jù)就上述問題開展了系統(tǒng)深入的研究，主要研究內(nèi)容及成果體現(xiàn)為:
　　(1)引入彈性層狀地基模型，建立了基坑施工引起下臥土體豎向自由位移場的簡化理論分析方法，該方法能充分的考慮基坑開挖面卸載、圍護結(jié)構(gòu)的水平作用、工程降水以及土體分層特性等因素的影響，得出的結(jié)論更符合工程實際。結(jié)合數(shù)值算例分析發(fā)現(xiàn):提出方法能較好地反映出非均質(zhì)層狀地基土體的應(yīng)變集中（或擴散）現(xiàn)象;
　　(2)提出了開挖卸

3、荷條件下隧道與周圍土體相互作用的整體耦合分析方法，基于此方法，首先推導(dǎo)了砂質(zhì)土體條件下基坑開挖引起的下臥單洞、雙洞隧道縱向變形的彈性解，并結(jié)合離心機試驗算例評估了計算方法的有效性;然后基于三參量H-K流變本構(gòu)模型，推導(dǎo)了粘質(zhì)土體條件下開挖引起的隧道縱向變形的粘-彈性解，并結(jié)合工程實測數(shù)據(jù)進行了方法運用與驗證;
　　(3)將提出方法與目前常用的兩階段解析法進行算例對比發(fā)現(xiàn)，本文提出的耦合方法是一種整體分析方法，與兩階段解析法的分步求

4、解過程相比，不需要選用具體的地基模型和確定各種復(fù)雜的地基參數(shù)取值，因此大大的減少了計算所需的參數(shù)數(shù)量，并簡化了計算過程;
　　(4)將提出方法運用于工程實例分析中發(fā)現(xiàn)，粘性土體流變特性引起的隧道后期變形量占總變形量的比例較大，軟土流變會對隧道縱向位移大小、范圍及形態(tài)等造成較大的影響;變形趨近于穩(wěn)定的時間與軟土的流變參數(shù)有關(guān)，基坑應(yīng)盡量在流變趨近穩(wěn)定之前完成開挖、支護、主體澆筑和覆土回填等工序，以減小軟土卸荷的時間效應(yīng)對鄰近既有隧道

5、造成的不利影響;
　　(5)基于鏡像源匯法和盾構(gòu)隧道非等量徑向土體移動模式，建立了盾構(gòu)掘進對上方已建隧道影響的解析方法。結(jié)合離心機試驗算例發(fā)現(xiàn)，提出方法非常適用于分析地層損失率較低（ε≤1％）的情況下盾構(gòu)開挖對既有隧道、管廊等剛性結(jié)構(gòu)的影響;結(jié)合某盾構(gòu)下穿既有剛性管道的工程實例分析發(fā)現(xiàn)，管道沉降量的解析解與實測數(shù)據(jù)基本吻合，驗證了提出方法的有效性;
　　(6)采用提出方法對盾構(gòu)下穿既有隧道進行了算例分析，結(jié)果顯示，垂直正交關(guān)

6、系是既有隧道縱向變形受擾的最有利位置關(guān)系，但同時也是既有隧道受剪、受彎的最不利位置關(guān)系;提高既有隧道縱向剛度在起到減小隧道附加變形作用的同時也顯著地增大了結(jié)構(gòu)附加彎矩峰值;
　　(7)地層加固加強了地層和圍護墻的連接作用以及地基土體的整體性，使得加固范圍內(nèi)土體剪應(yīng)變和卸荷應(yīng)力的傳遞變的更加均勻，不僅能減小開挖卸荷引起的鄰近隧道縱向變形大小和范圍，還能有效地控制隧道自身斷面的相對拉伸變形;
　　(8)利用有限差分軟件FLAC3