基坑开挖对下伏地铁区间影响数值模拟及控制措施

第25卷增刊岩土力学vol.25supp.2 2004年11月rockandsoilmechanicsnov.2004 收稿日期：2004-04-30 作者简介：王卫东，男，1969年生，博士，高级工程师，一级注册结构工程师，主要研究方向为深基坑工程设计理论与方法、高层建筑地基础工程。 文章编号：1000－7598－(2004)增－0251－05 基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟 王卫东，吴江斌，翁其平 （华东建筑设计研究院有限公司，上海200002） 摘要：上海新金桥广场基坑工程位于地铁区间隧道的正上方，坑底距隧道顶的最小距离仅

本文依托兰州地铁1号线五里铺站附属物业开发工程项目，采用有限元建模分析了基坑施工对其下卧地铁区间隧道变形及内力的影响，对设计的合理性进行了评估并对后续的工程设计提出了建议。

以苏州某临近地铁4号线宝带东路站基坑开挖为背景,运用abaqus有限元计算软件模拟基坑开挖各阶段,分析了各工况下的结构及区间的变形,并结合现场监测结果,表明数值计算结果与监测结果较为接近,说明参数及边界条件选取合理,可为类似工程参考借鉴.

在深基坑工程施工中,基坑降水开挖会使得周围土体产生沉降。特别是当基坑邻近既有地铁区间隧道时,其开挖过程对隧道变形的影响更应得到重视。以沈阳地铁二号线邻近的恒隆广场深基坑工程为背景,通过有限差分软件flac3d进行数值模拟。结果表明:富水砂层地质条件下,降水开挖后地表沉降整体值并不是很大;通过不考虑流固耦合和考虑流固耦合的对比分析,得出不能忽视降水对周围土体扰动及区间隧道变形的作用;区间隧道主要以水平位移为主;在施工中,要着重对与基坑距离最近的右线隧道进行监测。

随着城市建设的发展，深基坑与隧道工程的数量明显增多，基坑的开挖必将对临近隧道产生影响。以某既有地铁盾构区间与临近基坑工程为例，运用midas软件对基坑施工过程中对隧道变形影响进行模拟，并给出了施工措施建议。结果表明：基坑开挖会引起隧道产生变形，变形规律也与基坑距离远近密切相关。

结合工程实例,运用土体、围护结构相互作用有限元计算原理,对基坑开挖时由于土体应力释放和降承压水作用对地铁区间隧道的影响进行了计算分析,并提出降低其影响的建议及措施,可供类似工程参考。

地铁附近的基坑施工是影响区间隧道及地铁车站正常运营的一个重要性因素。若施工方案不当或保护措施不够,很可能引起区间隧道发生过大的不均匀变形。针对基坑开挖对地铁区间隧道的影响评价,本文提出了一种数值方法与解析方法相结合的新方式。首先利用纵向刚度等效和横向刚度等效原则建立了模拟区间盾构隧道的三维等效连续化模型,实现较为精确且方便的三维弹塑性有限元分析;然后采用三次多项式曲线进行拟合,分析基坑开挖各工况下隧道的纵向变形曲率的变化;另外,利用解析推导建立纵向弯矩和管片接头环缝张开量之间的关系,从而实现在三维弹塑性数值模拟结果的基础上结合解析推导的全面评价,为地铁区间隧道的运营阶段保护提供参考。

针对复杂周边环境下的深基坑开挖,运用三维有限元计算软件模拟深基坑开挖施工全过程,分析了不同工况下深基坑开挖对广州地铁6号线的影响,为今后类似周边环境下深基坑开挖奠定了基础。

本文以某城市隧道上跨某既有运营地铁区间工程为研究对象,采用有限元软件midas-gts对隧道基坑开挖及支护施工过程进行全过程数值模拟,分析隧道基坑开挖对下卧既有地铁区间的变形影响规律,并提出相应的地基加固及分步开挖等措施控制地铁区间的变形。

上海外滩修建地下通道——外滩通道,通道南段采用明挖法施工,在延安东路路口与已建的延安东路隧道产生交叉跨越问题。外滩通道基坑坑底与延安东路南、北线隧道拱顶距离仅为7.1m与5.4m,基坑开挖必然使下卧运营隧道产生附加变形以及附加内力。为了研究外滩通道开挖对下卧延安东路隧道的影响,以及评价不同隧道保护措施的效果,通过三维有限元软件plaxis-gid进行四组模拟,包括无隧道保护措施的工况、采取土体加固措施的工况、基坑开挖过程中在坑底进行堆载的工况以及同时进行土体加固和堆载的工况。实际工程中同时采用土体加固和堆载这两种措施来保护隧道,现场监测数据与对应的数值模拟结果具有较好的一致性。分析表明:基坑开挖将对下卧隧道产生很大的影响,且影响范围较大,约为6倍基坑宽度,施工中采取合理的隧道保护措施是十分必要的。

针对厦门地铁深基坑周边环境复杂、地表沉降及基坑围护结构变形要求严格的特点,为确保施工安全,对施工全过程进行监测,结合flac3d数值模拟进行研究。通过对周边地表沉降、基坑支护桩侧向位移、支撑轴力进行对比分析,分析结果表明,数值计算值与现场监测值相吻合。同时,上述研究成果可为中山公园站深基坑工程的顺利实施提供依据。

针对工程实例，介绍了紧邻地铁基坑工程的设计重难点，通过数值分析方法，计算了基坑开挖引起的地铁隧道的位移与变形，并通过该工程施工的监测结果，论证了数值分析的结果，并提出一些可供参考的设计方法及技术措施。

随着城市轨道交通工程建设的不断加快,越来越多的工程将在既有地铁线附近施工,新工程施工必然会对既有地铁结构产生不良影响,以天津西站南广场基坑工程为例,研究天津地区地铁近接工程施工对既有地铁结构的影响。通过数值分析的方法,采用plaxis对南广场基坑开挖过程进行了模拟,通过计算结果分析近接工程施工对既有地铁1号线西站站结构的影响。计算表明,基坑开挖对既有地铁1号线西站站存在不利影响,基坑开挖引起的结构变形主要表现在水平位移,无论断面1或是断面2,基坑开挖引起的水平位移均要大于竖向位移,竖向位移很小,可以忽略不计。

以合肥市新交通大厦地铁车站深基坑工程为依托,利用flac3d有限差分数值计算软件,对该基坑开挖和支护的全过程进行了数值模拟,研究了基坑开挖对周围建筑物的沉降变形影响。结果表明,新交通大厦深基坑开挖对周边建筑沉降影响不大。建筑沉降随开基坑开挖深度的增大而增大,且沉降位移主要受基坑一、二、三层施工工况影响较大。

收稿日期：2012－06－25；修回日期：2012－12－13 作者简介：刘远亮（1980－），男（汉族），广东人，广东省建筑科学研究院工程师，地质工程专业，博士，从事岩土工程数值模拟计算、岩土力学 和工程地质等研究工作，广东省广州市先烈东路121号3号办公楼206，liang801014@126．com。 基坑开挖对邻近地铁隧道影响的 midasgts三维数值模拟分析 刘远亮 （广东省建筑科学研究院，广东广州510500） 摘要：随着城市地铁工程的高速发展，地面建筑物基坑的施工将必然会对邻近的地铁隧道造成一定的影响，运用 midasgts三维数值模拟计算软件分析基坑开挖对邻近地铁隧道的影响，对地层自重固结、基坑开挖施工的整个过 程进行模拟分析，计算的结果与实际监测数据进行对比表明，该方法对实际工程有一定的指导意义。 关键词

在软土地区,深基坑的开挖势必会对邻近建筑有一定的影响.由于基坑开挖后,基坑底部以及周围土体内应力的重新分布,使得基坑周围的土体沿着重力加速度方向和基坑方向产生一定的位移,而基坑内的土体会向上隆起,产生了向上的位移.若受影响范围内的土体埋有地下建筑或是输送管道,建（构）筑物的安全当是重点考虑的对象.本文以上海地铁十一号线邻近的西岸传媒港地下空间（停车场及配套）项目深基坑工程为背景,通过有限差分软件flac3d进行了数值模拟.通过计算软件分析了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,对地层自重固结、基坑开挖施工的整个过程进行了模拟分析.通过计算的结果与实际监测数据进行对比表明,该方法对实际工程有一定的指导意义.

以某商业基坑为研究对象,通过midas/gts软件建立三维有限元模型,分析了基坑开挖对既有地铁结构的影响。结果表明,地铁结构的最大水平位移和最大竖向位移都控制在规范允许的范围之内,基坑开挖对地铁结构的影响较小;同时,针对基坑开挖过程中可能存在的风险提出了相应的处理措施,对同类基坑的设计与施工有一定的指导意义。

研究目的：与既有地铁隧道上下重叠建设的基坑工程日益增多,基坑开挖卸荷对下方既有地铁隧道的影响是该类工程中不可忽视的问题。本文结合工程实例,采用有限元软件进行数值模拟,分析基坑开挖深度、土层特性等方面对下卧隧道的影响,并总结基坑开挖卸荷对下方隧道在结构变形、内力等方面的发展态势和变化规律。

考虑空间效应的基坑开挖及数值模拟——介绍了空间效应在天津市区某工程基坑开挖过程中的应用，观测围护结构的变形和坑外建筑物的沉降，并用有限元分析空间效应对基坑开挖的影响，结果表明基坑开挖具有明显的空间效应作用，合理利用这种空间效应，将有效的减少围...

对基坑在开挖支护施工过程中的土体应力和位移情况进行了数值计算,对考虑与不考虑降水的模拟结果进行对比,结果表明两者的位移分布规律相似,但降水有利于减小坑底隆起,降水时产生的地表沉降较大;随着开挖的进行,基坑开挖面以下土体单元卸载,内支撑支护有效提高了支护结构的整体稳定性。

针对上海某项目工程,运用midasgts有限元软件,分析了基坑开挖对侧向及底部近接隧道的位移影响规律。结果显示,基坑开挖主要造成侧向隧道发生水平位移,对竖向位移影响不大,且水平位移随着隧道与基坑间距的增大而减小,减小幅度逐渐变小。对底部隧道主要会引起竖向位移,水平位移可以忽略不计,竖向位移随着隧道与基坑间距的增大而减小,减小幅度呈增大趋势。此外,对基坑周围多管线存在情况进行了安全分区,通过分区对隧道管线进行安全评估,并提出相应的应对措施。

基坑开挖引起的近邻建筑物沉降变形是多种因素耦合作用的结果,现有的计算理论很难考虑这种多因素的耦合作用。针对这一问题,采用大型工程软件flac-2d对土钉墙支护形式下基坑开挖引起的近邻建筑物沉降问题进行了数值模拟分析,得出了一些基本结论:基坑开挖深度较小时,建筑物的绝对沉降量随基坑开挖深度的增加而接近线性增加,并受建筑物层数的影响较大;建筑物的不均匀沉降随基坑开挖深度的增加而增加,但增加量随建筑物距基坑距离的增加而减小;建筑物的倾斜方向随建筑物与基坑距离的增加由背离基坑方向转变为朝向基坑方向等。