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基坑开挖卸载对下卧已建盾构隧道变形影响及控制方法研究
| 论文题名： | 基坑开挖卸载对下卧已建盾构隧道变形影响及控制方法研究 |
| 关键词： | 地铁盾构隧道;变形控制;基坑开挖卸载;数值模拟 |
| 摘要： | 随着城市地下空间的不断开发利用，上跨地铁盾构隧道的基坑工程日益增多，基坑开挖卸载将引起周围土层的应力场和位移场的改变，使得下卧地铁盾构隧道产生附加内力和变形，影响地铁的运营安全。如何合理预估基坑开挖卸载对下卧已建盾构隧道变形的影响以及进行工程控制，是一项急需解决的课题。本文采用实测统计、理论分析和数值模拟相结合方法，对基坑开挖卸载对下卧已建盾构隧道变形影响与控制方法进行研究，论文主要的研究内容和结论如下。 (1)在收集整理国内软土地区17个上跨地铁盾构隧道的基坑工程实例的基础上，对隧道的变形特征进行了统计分析，结果表明:基坑开挖完成后，隧道的竖向位移表现为隆起变形。统计的17个工程实例中，有12例隧道隆起量均小于报警值10mm，表明采取有效的控制措施后下方隧道最大隆起值能得到控制;而隧道水平位移实测值较小，从监测结果来看基坑开挖对下卧隧道的水平位移影响不大;隧道收敛变形表现为“竖直方向拉伸、水平方向压缩”，隧道横断面变形呈“竖椭圆状”。 (2)通过对工程案例的统计和开挖卸载的影响机理分析，发现基坑开挖引起下卧已建盾构隧道最大隆起量的主要因素有:基坑开挖深度h、基坑卸荷比N、基坑开挖面积A、基坑形状系数α等;为此，开展了二维有限元数值分析，结果表明:随着基坑开挖深度、基坑的卸载比的增大，隧道竖向隆起变形呈线性增大;随着基坑宽度的增大，隧道竖向隆起变形呈抛物线型增大。而在对常用的控制变形措施研究分析发现，进行土体加固、设置抗拔桩、采取坑底堆载方法等都能显著地减小隧道的竖向隆起变形。 (3)在前人理论分析和本文实测分析的基础上，建立了隧道最大隆起量的经验估算公式，并用其对二阶段法Kerr模型进行修正，可以用来预测软土地区盾构隧道最大隆起量Smax和隧道纵向隆起变形的影响范围BR。 (4)依托杭州某河道基坑开挖工程跨地铁1号线工程，通过Plaxis3D建立三维有限元模型，模拟基坑开挖施工的全过程，分析土方开挖过程中下方隧道的变形情况，并与现场实测结果、改进的二阶段Kerr地基模型得到的结果进行对比分析。最后，在此基础上分析了各种控制隧道变形措施对隧道变形的影响及其有效性，结果表明:本文改进的二阶段法Kerr模型理论解析方法所得结果与实际情况基本一致，理论计算得到的最大隆起量Smax和影响范围BR与实测结果都比较接近，具有较好的实用性;设置抗拔桩对控制既有隧道隆起变形的作用最为显著，土体加固、堆载回压控制隧道变形效果依次减小;结合现场条件，多种施工控制措施并用时，隧道变形明显减小。 |
| 作者： | 潘丽东 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 胡敏云;彭孔曙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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