基坑降水开挖对既有盾构隧道影响的数值模拟研究.pdf
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1、岩土工程与地下工程四川建筑第4 3卷第4 期基坑降水开挖对既有盾构隧道影响的数值模拟研究贾志清!2,王、杰,秦睿成1?,张捷12(1中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉4 30 0 6 3;2.水下隧道技术国家地方联合工程研究中心,湖北武汉4 30 0 6 3;3.中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉4 30 0 7 4)【摘要】为研究在地下水作用下基坑降水开挖对邻近既有建筑结构的影响,基于FLAC3D有限差分数值模拟软件,对武汉市二环线接线隧道与地铁8 号线斜交段基坑降水开挖工程进行了模拟计算。计算结果表明:基坑降水开挖施工会对近距离既有隧道产生一定的影响,在合理的围护结构下,基坑降水
2、开挖施工完成后,盾构隧道管片产生的最大位移约为4.5 mm,在地铁保护控制标准范围之内。【关键词】基坑;FLAC3D;位移【中图分类号】U452.2*60引言随着地上空间已不能满足人们持续增长的发展需要,地下空间得到大规模的开发,各种地下建筑结构的修建很大程度上缓解了地面空间的压力。但随着地下建筑结构修建的越来越多,新工程修建时其周边既有结构也越多,距离也越近,此时就需要考虑新工程修建对既有结构的影响。地下工程修建时基坑的开挖是必不可少的工序,基坑开挖会使基坑周边土体产生较大的位移,尤其当基坑区域存在地下水时,对周边结构的影响会更大。基于该问题,众多学者作了大量研究:王振南等 依托苏南下穿地铁
3、高架线某新建地铁车站基坑项目,采用三维数值模拟方法结合现场监测分析研究了近距离基坑开挖对邻近运营地铁高架的影响研究。结果表明:基坑降水开挖过程中,土体开挖较浅时,桥墩基础会有所上抬,随基坑降水以及开挖深度加深,桥墩基础会发生沉降,同时基坑开挖会造成邻近的桩基极限承载力轻微损失,但能满足最大设计荷载要求。曹志豪 2 采用有限差分方法分析了苏州某地区地铁隧道周边基坑降水对地铁盾构隧道的影响,考虑了不同降水深度两种工况,计算结果表明,随着基坑降水深度的增加,隧道的变形逐渐增大,基坑降水时,隧道竖直位移为沉降变形,并由于沉降抛物线原理,管片环远离基坑侧的拱顶及拱腰位置处的沉降值大于靠近基坑侧隧道底部的
4、沉降值。史贵林等 3 以常州市关河东路北侧、青龙道路六十九西侧地块项目为背景,结合数值模拟和理论分析手段,对基坑降水所造成的对周边环境的影响进行了深入的研究。研究表明,基坑降水对周边环境产生了一定程度的影响,形成较为明显的“降水漏斗”,并以基坑为中心向外扩散,但位移均在地铁保护控制标准范围之内。马强 4 以某隧道明挖段及盾构井基坑开挖为背景,通过数值模拟的方法分析了基坑开挖引发邻近建筑物的位移变化。结果表明,基坑开挖完成后,建筑物最大沉降值在远离基坑一侧,靠近基坑一侧发生隆起;建筑物桩基向基坑一侧发生位移,楼顶有向远离基坑方向的位移。建筑物总体位移值较小,无倾156【文献标志码】A覆风险,验证
5、了基坑开挖方案的安全可靠。马昆泉 5 以武汉市中国新闻社中部新闻信息中心深基坑工程对周围既有武汉地铁2 号线和5 号线影响为项目依托,采用数值模拟方法研究和评估基坑开挖对周围隧道变形的影响,为工程建设评估提供一定的参考,结果表明,在采取一定的工程措施之后,相关影响可以控制在可接受的范围之内。根据现阶段的研究,本文拟采用沿途工程常用的有限差分数值计算软件FLAC3D,对武汉市二环线接线隧道与地铁8号线斜交段基坑工程进行模拟计算,考虑在降水渗流情况下二环接线隧道基坑开挖对地铁8 号线盾构管片的影响,以期为相关工程提供一定的借鉴作用。1工程简介1.1工程概况武汉市二环线接线隧道与地铁8 号线斜交,交
6、角约31,相交段落长度约10 6.2 3m,两者的平面位置关系如图1所示,纵断面位置关系如图2 所示。二环接线隧道上跨地铁8号线段为明挖基坑隧道,存在开段暗埋段,地铁8 号线与二环线接线隧道空间相交段为盾构法施工隧道,隧道外径6.2m,管片厚度0.35 m,采用C50混凝土管片。2 条线路交叉处采取的措施为:在地铁交叉范围内两侧各预埋了1排8001000mm的钻孔灌注桩,桩间采用等长7001000mm的高压旋喷桩进行桩间止水。采用双轴搅拌桩加固盾构外轮廓以外5 m范围,底部3m范围。与地铁交叉段在坑内对地铁隧道上部的土体采用三轴搅拌桩加固,加固体竖向进人卵石层1.0 m,水平方向加固范围为跨地
7、铁段整个分步开挖范围。定稿日期 2 0 2 2-10-2 0【基金项目】国家重点研发计划(项目编号:2 0 2 1YFB2600400)【作者简介贾志清(197 7 一),女,硕士,高级工程师,主要从事城市地下空间结构、市政隧道等结构设计工作。2.1模型建立借助FLAC3D有限差分软件,建立该交叉段的三维数值基坑开挖部分贾志清,王杰,秦睿成,等:基坑降水开挖对既有盾构隧道影响的数值模拟研究三环线接线隧道地铁8 号线图1二环线接线隧道与地铁8 号线相互位置关系平面计算模型,围护结构根据等刚度原则换算成相应的实体单元模拟。隔离桩采用FLAC3D中的pile结构单元模拟。隧道盾构管片采用实体单元模拟
8、,本构模型采用弹性本构模型,土体本构模型采用摩尔-库仑模型。模型通过RhinoA N-SYS-FLAC3D软件联合建立,最终模型尺寸为16 5 m162m35m,整体三维模型如图3所示,模型共6 3116 5 个单元,17 7 5 4 3个节点。模型的边界条件为模型4 个侧面及底面施加法向位移约束,模型顶面为自由面。计算采用原始地层参数,如表1所示。围护结构隔离桩13.7411.024+4.824图2二环线接线隧道与地铁8 号线相互位置关系纵断面1.2工程地质条件二环接线隧道与地铁8 号线空间相交位置的土层依次为杂填土、粉质黏土、含黏性中砂、中粗砂夹卵石。根据地质勘察结果,各土层地层特性为:(
9、1)杂填土:杂色一褐灰-黄褐色,湿一饱和,高压缩性,由黏性土与砖块、块石、片石、混凝土路面等混合而成。在东湖路陆域段存在15 2 0 cm的混凝土沥青路面,路面下有厚1.5m左右的块石路基填土。该层土结构松散、土质不均,堆积年限一般大于5 年,揭露厚度0.5 4.4 m,层顶埋深0.0 2.4 m。(2)粉质黏土:灰褐-黄褐色,饱和,可塑状态,土质均匀,干强度中等,韧性中等。为膨胀土,该层土自由膨胀率介于2 2%4 4%之间,不均匀地具弱膨胀潜势。属中等压缩性土。场地沿线大部分地段均有分布。揭露厚度0.4 8.3m,层顶埋深0.0 8.0 m。(3)含黏性土中砂:黄褐色黄色,饱和,呈中密状态,
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