地铁盾构隧道与邻近深基坑开挖相互影响分析.pdf
《地铁盾构隧道与邻近深基坑开挖相互影响分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地铁盾构隧道与邻近深基坑开挖相互影响分析.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、EngineeringConstruction2023年6 月51建程设第6 期第55卷地铁盾构隧道与邻近深基坑开挖相互影响分析刘喆(南昌轨道交通集团有限公司,江西南昌3 3 0 0 3 8)摘要:为了研究地铁盾构隧道对邻近深基坑围护结构在不同施工工况下的受力和变形特征的影响,深基坑开挖施工对邻近盾构隧道衬砌结构受力和变形特征的影响,基及坑、周围土体和邻近隧道结构的相互作用机理,本文采用岩土有限元分析软件MIDASGTSNX,对盾构隧道侧穿邻近深基坑开挖工程进行仿真模拟,计算得到了不同工况条件下地下连续墙的水平侧移和受力变化特点、内支撑的受力特点,并将其与无邻近隧道时的计算结果进行对比,对基坑
2、开挖前后邻近隧道衬砌结构的受力特征进行了分析。通过计算分析得到了深基坑开挖与邻近盾构隧道结构相互作用的力学特征,研究结果可以为深基坑和盾构隧道设计施工中的风险控制提供借鉴。关键词:地铁盾构隧道;深基坑;衬砌;有限元分析中图分类号:U231.4;TU753文献标识码:A文章编号:16 7 3-8 9 9 3(2 0 2 3)0 6-0 0 51-0 7doi:10.13402/j.gcjs.2023.06.076Analysis of Interaction between metro shield tunnel andadjacent deep foundation pit excavatio
3、nLIU Zhe(Nanchang Rail Transit Group Limited Corporation,Nanchang 330038,Jiangxi,China)Abstract:In order to study the influence of the subway shield tunnel on the stress and deformation characteristics of theretaining structure of the adjacent deep foundation pit under different construction conditi
4、ons,the influence of the deepfoundation pit excavation on the stress and deformation characteristics of the adjacent shield tunnel lining structure,and theinteraction mechanism of the foundation pit,the surrounding soil and the adjacent tunnel structure,the shield tunnel passingthrough the adjacent
5、deep foundation pit excavation engineering is simulated by using the geotechnical finite elementanalysis software MIDASGTSNX.The horizontal lateral displacement and stress variation characteristics of diaphragm walland the stress characteristics of internal support under different working conditions
6、 are calculated,and compared with thecalculation results without adjacent tunnel.The stress characteristics of adjacent tunnel lining structure before and after theexcavation of the foundation pit are analyzed.Through calculation and analysis,the mechanical characteristics of theinteraction between
7、the deep foundation pit excavation and the adjacent shield tunnel structure are obtained.The researchresults can provide reference for the risk control in the design and construction of deep foundation pit and shield tunnel.Key words:subway shield tunnel;deep foundation pit;lining;finite element ana
8、lysis为缓解交通拥堵、改善城市环境、促进经济发展,各大城市通过修建地铁构建起了现代轨道交通体系,在一定程度上推动了城市现代化进程。地铁采用网络化运营形式以提高交通运输效率,多条线路同时修建、新线建设穿越既有线路的情况已经司空见惯,地铁线路通常经过高楼林立、管线交错、交通密集的城市,在既有盾构隧道附近进行深基坑开挖施工是经常遇到的情况。深基坑开挖施工会对周边土体形成扰动,造成周边土体产生形变和地表沉降,甚至会破坏邻近盾构隧收稿日期:2 0 2 2-11-14作者简介:刘喆(19 8 0 一),男,工程师,从事结构工程方面的研究。52建第6 期设程第55卷道结构的平衡状态,致使隧道结构出现过大
9、的位移从而影响运营安全。邻近盾构隧道同样会对基坑围护结构的受力和变形产生不利影响,给深基坑开挖施工带来安全隐患,因此,邻近盾构隧道侧穿深基坑的情况下两者之间的相互作用机理是值得研究的问题。国内外已有学者对这个问题进行了系统研究,左殿军等 在考虑衬砌与周围土体相互作用的基础上,采用有限元软件对深基坑开挖对邻近盾构隧道的影响进行了数值模拟分析。张莎莎等2 采用数值模拟方法研究了基坑开挖对既有盾构隧道的位移和膨胀变形的影响,并将数值模拟结果和现场实测结果进行了对比分析。王利军等3 通过建立三维有限元模型,研究了在基坑开挖施工过程中基坑周边地表沉降规律、地下连续墙变形和盾构隧道整体变形规律,并分析了基
10、坑与邻近隧道间距对盾构隧道侧移的影响。孙雅珍4 采用岩土有限元软件对深基坑开挖施工对邻近既有隧道和周边土体的影响进行了数值模拟分析,研究了基坑形状、水平尺寸与地表沉降、隧道位移之间的变化关系。王立峰等5 考虑了基坑分块开挖先后顺序的时空效应影响,采用现场实测方法研究分析了基坑开挖对邻近地铁隧道的水平位移和沉降的影响。张兵兵等6 采用有限差分方法对基坑开挖进行了三维数值模拟,研究分析了基坑开挖施工对邻近既有隧道结构的影响规律。许四法等7 利用现场实测数据对邻近深基坑开挖各个施工阶段地铁隧道的变形及沉降进行了全过程分析。陈辉等18-1 基于实际监测数据和理论分析研究了深基坑开挖对邻近地铁盾构隧道受
11、力状态和位移变形特征。目前的研究均集中在深基坑开挖施工对邻近地铁盾构隧道受力和变形的影响,以及对周边土体变形和地表沉降的影响,而对于基坑开挖施工基坑结构和邻近盾构隧道掘进施工衬砌结构之间受力的相互影响机制,以及基坑和隧道结构变形沉降的研究还较为缺乏。本文依托南昌地铁四号线邻近盾构隧道侧穿深基坑开挖工程为背景,研究地铁盾构隧道侧穿对邻近深基坑围护结构在不同施工工况下的受力及变形特征的影响,基坑开挖施工对隧道衬砌结构受力及变形沉降的影响以及基坑、周围土体和邻近隧道结构的相互作用机理。1工程概况深基坑长度为145m,标准段宽度为2 1.9 m,端头井宽度为2 8 m,开挖深度为2 3 m,采用内支撑
12、+地下连续墙围护结构形式,内支撑体系由一道混凝土支撑和三道钢支撑组成。混凝土支撑截面尺寸为8 0 0 mm1000mm,采用C30混凝土,钢支撑采用直径为6 0 9 mm,壁厚为16 mm的Q235B钢管。第一至第四道支撑间距分别为5.6、6.8、5.1m,各道支撑轴力标准值分别为10 47、2807、53 8 9、3 2 42 k N。地下连续墙厚8 0 0 mm,嵌入中风化泥质粉砂岩4m,混凝土强度等级为C35。邻近盾构隧道埋深为12 m,左右线隧道线间距为9 m,盾构管片外径为6 m,内径为5.4m,厚度为0.3 m,衬砌环宽度为1.2 m。衬砌管片采用C50混凝土,管片注浆采用C30混
13、凝土。基坑与盾构隧道剖面、平面相对位置关系如图12所示。2三维有限元仿真模拟2.1有限元仿真模型采用大型岩土有限元分析软件MIDASGTSNX进行仿真建模,建模前需要对原始工程条件作一定简化,假设各层土分界面为水平,不考虑地下水的渗流作用。为避免模型边界效应影响计算结果的准确性,截取的有限元仿真模型为半无限空间体。此处取地下连续墙侧壁边缘到模型两侧边界的距离为5h(h 为基坑开挖深度),端头井顶部边缘到模型两端边界的距离为3 h,基坑底部到模型底面边界的距离为3 h,截取的模型几何尺寸为长宽高2 40 m140m60m。土体采用三维实体单元模拟,土体的本构关系选取修正摩尔库伦模型,该模型可以准
14、确反映基坑开挖和盾构掘进产生的土体沉降及回弹变形。模型四边侧面和底面的边界条件取x、y、z 方向位移固定,模型顶面为自由面,三维有限元仿真模型如图3 所示。m53喆:地铁盾构隧道近深基坑开挖相互影响分析刘2023年第6 期整平地面标高2 3.7 0 0 m冠梁10 0 0 12 0 022.5500s91000008口杂填土第一道混凝土支撑20.750800 x1.000.1S6S,粉质黏土OSL500021第一道0 6 0 9 钢支撑16.505地下水位15.7 4m4+-16f5.20,细砂SSL900%909622型钢格构柱09661第三道0 8 0 0 钢支撑6006001-169.7
15、508.750090S第四道0 6 0 9 钢支撑4.690-16砾砂下行线隧道上行线隧道006强风化泥1000200厚C20素混凝土垫层000ET0007柱基础000901200钻孔桩000中风化泥8002-2质粉砂岩8008006.9506.4006.95080015.0006.0006.0006.00021.900图1基坑与盾构隧道剖面关系mm上行线隧道5下行线隧道8基坑145图2盾构隧道与基坑平面关系基坑隧道图3三维有限元仿真模型2.2基坑围护结构及隧道衬砌模拟与模型参数选取基坑围护结构由地下连续墙和内支撑组成,选用二维壳单元模拟地下连续墙,考虑地下连续墙相邻槽段间施工缝造成的墙体侧向
16、刚度降低,这里对地下连续墙侧向刚度进行一定折减,初始刚度折减2 0%后的弹性模量为2 52 0 0 MPa。选用一维梁单元模拟内支撑,为减小基坑侧向变形需对钢支撑施加预应力,各道钢支撑的预加轴力分别为110 0、150 0、12 0 0 kN。采用二维壳单元模拟盾构隧道管片,考虑衬砌管片间采用弯螺栓连接造成的衬砌刚度不连续,这里需要对衬砌刚度进行一定折减,文献12 提出的方法将隧道衬砌刚度折减2 0%40%,本文将衬砌初始刚度折减3 0%后的弹性模量为2 4150MPa。有限元仿真模型物理力学参数选取如表1所示。2.3基坑开挖与盾构掘进施工模拟建模前需要对现场基坑开挖施工阶段进行一定简化,采用
17、有限元软件MIDASGTSNX中的施工阶段分析模块对基坑开挖施工进行模拟计算。施工阶段分析模块是从初始应力场分析开始,根据基坑开挖实际施工顺序,对整个施工过程依次进行计算分析,从而得到各个施工阶段围护结构及隧道衬砌结构的受力状态及变形。基坑开挖施工阶段分析按下列步骤依次进行:1)对未开挖施工的土体进行初始应力场分析;2)对土体位移场清零;3)施工地下连续墙;4)基坑开挖施工模拟计算根据实际开挖支撑顺序分工况依次进行计算,工况1:基坑土体开挖至-2.6 5m,在-1.6 5m处浇筑第一道混凝土支撑;工况2:基坑土体开挖至-8.2 5m,在-7.2 5m处架设第二道钢支撑;工况3:基坑土体开挖至-
18、15.0 5m,54建程设第6 期第55卷表1有限元模型材料物理力学参数材料厚度/m弹性模量/MPa泊松比重度/(kNm)黏聚力/kPa内摩擦角/()杂填土1.308.50.3018126粉质黏土4.5030.00.30202215细砂5.0035.00.3020030砾砂13.0046.00.2821035强风化泥质粉砂岩1.6060.00.26223538中风化泥质粉砂岩25.0090.00.25224245地下连续墙0.8031 500.00.2025混凝土支撑一30 000.00.2025钢支撑206 000.00.3078衬砌管片0.3034 500.00.2025管片注浆0.153
19、0000.00.2520盾壳一250000.00.2078在14.0 5m处架设第三道钢支撑;工况4:基坑土体开挖至-2 0.15m,在-19.15m处架设第四道钢支撑;工况5:土体开挖至基坑底部-2 3.0 5m处。3计算结果分析3.1地下连续墙水平侧移图4、5为有无邻近隧道侧穿基坑时地下连续墙水平侧移有限元计算云图,图6、7 为有无邻近隧道侧穿基坑时在基坑开挖的各个工况条件下地下连续墙沿墙高方向水平侧移分布图。由图4、5可以看出:地下连续墙的水平侧移分布曲线存在“鼓肚”现象,随着开挖工况按基坑施工顺序依次进行,地下连续墙水平侧移逐渐增大,水平侧移最大值呈现下移趋势,各个工况下水平侧移最大值
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地铁 盾构 隧道 邻近 基坑 开挖 相互 影响 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。