軟土地區(qū)開(kāi)挖卸荷對(duì)鄰近地鐵隧道的影響研究.pdf

1、基坑開(kāi)挖和盾構(gòu)開(kāi)挖是目前我國(guó)城市建設(shè)中廣泛存在的兩類地下工程開(kāi)挖活動(dòng)，開(kāi)挖卸荷改變了周圍土體初始應(yīng)力狀態(tài)并對(duì)鄰近既有地鐵隧道產(chǎn)生不利影響。如何準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和控制地下開(kāi)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(hù)結(jié)構(gòu)、地層加固以及抗拔樁加強(qiáng)措施等因素對(duì)既有隧道的縱向變形均有重要影響，但是目前對(duì)于此類問(wèn)題的研究尚不夠成熟。論文將這些問(wèn)題作為新的研究方向提了出來(lái)，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(jī)試驗(yàn)算例和現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)就上述問(wèn)題開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究，主要研究?jī)?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(chǎng)的簡(jiǎn)化理論分析方法，該方法能充分的考慮基坑開(kāi)挖面卸載、圍護(hù)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(shí)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(kuò)散）現(xiàn)象;
　　(2)提出了開(kāi)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(kāi)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(jī)試驗(yàn)算例評(píng)估了計(jì)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(kāi)挖引起的隧道縱向變形的粘-彈性解，并結(jié)合工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了方法運(yùn)用與驗(yàn)證;
　　(3)將提出方法與目前常用的兩階段解析法進(jìn)行算例對(duì)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(guò)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(jì)算所需的參數(shù)數(shù)量，并簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程;
　　(4)將提出方法運(yùn)用于工程實(shí)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(huì)對(duì)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(shí)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(kāi)挖、支護(hù)、主體澆筑和覆土回填等工序，以減小軟土卸荷的時(shí)間效應(yīng)對(duì)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(dòng)模式，建立了盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)上方已建隧道影響的解析方法。結(jié)合離心機(jī)試驗(yàn)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(kāi)挖對(duì)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(shí)例分析發(fā)現(xiàn)，管道沉降量的解析解與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，驗(yàn)證了提出方法的有效性;
　　(6)采用提出方法對(duì)盾構(gòu)下穿既有隧道進(jìn)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(shí)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(shí)也顯著地增大了結(jié)構(gòu)附加彎矩峰值;
　　(7)地層加固加強(qiáng)了地層和圍護(hù)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(kāi)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(duì)拉伸變形;
　　(8)利用有限差分軟件FLAC3