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原文传递基坑开挖对邻近既有隧道变形影响及保护研究

论文题名：	基坑开挖对邻近既有隧道变形影响及保护研究
关键词：	基坑开挖;既有隧道;变形预测;有限元分析
摘要：	既有隧道会因邻侧基坑开挖卸荷产生变形，对隧道正常使用和安全产生影响，其变形控制至关重要。本文基于大量工程案例资料，首先以天津市邻近既有隧道的嘉海花园深基坑实测资料为基础，采用考虑土体小应变刚度特性的有限元方法在大量有限元模型算例的基础上对基坑施工对坑外既有隧道变形影响规律进行了参数分析，结合不同规范变形控制标准，划分了不同开挖深度，不同围护结构变形模式和最大水平位移条件下坑外既有隧道变形影响区，同时结合坑外既有隧道变形等值线分布提出了预测既有隧道变形的设计图法和设计表法。　　以此为基础，通过大量有限元模型计算，深入分析坑外隧道位置，基坑开挖深度和围护结构最大水平位移等多因素耦合作用对坑外隧道水平位移的影响，在大量数据统计的基础上提出了坑外隧道水平位移的变形计算公式，并采用工程实测数据验证了公式精度及有效性。　　在此基础上，继而开展隧道变形控制措施研究。以实际工程为依托，通过建立一系列考虑土体小应变刚度特性的有限元模型，对隔离桩的作用机制进行了参数分析，研究了隔离桩对土体深层位移及隧道位移的控制机制。研究表明，隔离桩在控制坑外土体、隧道水平位移时同时存在阻隔作用和牵引作用，当牵引作用较大时，隔离桩反而可加大一定深度范围内土体及该范围内隧道的水平位移；由此提出了埋入式隔离桩的形式，可减小其牵引作用从而主要发挥其隔离作用，并减小隧道水平位移。同等条件下，隔离桩距隧道较近时隔离效果更好。　　随后开展在基坑与隧道之间进行补充注浆对既有隧道变形控制的机理的研究。首先开展了现场原位试验，研究了注浆引起的邻近土体变形规律，然后结合有限元法，考虑注浆加固区非均匀膨胀效应、场地土超固结比变化及超孔压消散裂隙的影响，开展了补偿注浆对周边土体及既有隧道的变形控制研究。研究结果表明，考虑了加固区非均匀膨胀、场地超固结比变化和孔压消散裂隙的应变法有限元分析能够较好的模拟注浆结束后注浆孔周边土体的水平位移、超孔压产生消散情况及补偿注浆法对周边既有隧道的变形影响。不同条件粉质黏土层中，距离注浆孔不同距离位置土体中最大水平位移随注浆量线性增大；土体水平位移随距离呈现出幂函数型衰减模式，注浆有效影响范围为3m；随着注浆量的增大，注浆效率呈现双曲线模式的增长，最优效率注浆量为2.3m3。在补偿注浆影响下，注浆孔一定距离处的隧道产生Gauss曲线形式的水平位移，随着注浆引起的周边土体中超孔压的消散，隧道水平位移随着时间逐渐减小至稳定不变。不同注浆距离条件下，随着注浆量的增大，隧道水平位移近似线性增大；在不同注浆方量条件下，随着注浆距离的增大，隧道水平位移呈近似线性减小。实际施工过程中，基于微扰动的思想，应选择“近距离，小方量”的注浆策略。
作者：	杜一鸣
专业：	土木工程
导师：	郑刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文