关于盾构隧道上方基坑开挖对运营线路影响

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1、关于盾构隧道上方基坑开挖对运营线路影响基坑开挖对开挖面以下土体具有显著的垂直方向卸荷作用，不可避免地引起坑底土体的回弹，并且基坑围护结构在土体压力作用下迫使基坑开挖面以下结构向坑内位移，挤压坑内土体，加大了坑底土体的水平向应力，也使得坑底土体向上隆起。……当基坑下方土层中有地铁隧道通过时，坑底土体的隆起必然带动基坑下方的隧道产生局部纵向变形……　　关键词基坑开挖盾构隧道差异沉降…　　　　基坑开挖对开挖面以下土体具有显著的垂直方向卸荷作用，不可避免地引起坑底土体的回弹，并且基坑围护结构在土体压力作用下迫使基坑开挖面以下结构向坑内位移，挤压坑内土体，加大了坑底土体的水

2、平向应力，也使得坑底土体向上隆起。此外，随着基坑开挖深度的增加，基坑内外的土面高差不断增大，该高差所形成的加载作用和地表的各种超载，将使得围护结构外侧土体产生向基坑内的移动，使基坑坑底产生向上的隆起。当基坑下方土层中有地铁隧道通过时，坑底土体的隆起必然带动基坑下方的隧道产生局部纵向变形，该变形值随着坑底土体的隆起量增加而增大。由于土体是一定程度密实的连续介质，基坑内土体开挖卸荷时，地层损失向隧道传递，从而引起隧道顶部土压力的变化，导致隧道的位移发生改变。　　在防水等级为一级的地铁线路中，这种沉降可能导致结构开裂宽度超过规范限值，从而导致漏水现象，是不允许的。从运营

3、上说，不均匀沉降会影响轨道平整、行车安全和乘坐的舒适性。为了限制岩土体的变形破坏，必须选用合适的开挖方法和相应的加固措施，正确预测开挖后地铁周围岩土体的位移变化、应力矢量分布以及结构的变形及影响范围。本文采用MIDASGTS有限元软件对华东地区某城市高架桥改地下隧道基坑开挖及已建成地铁隧道建立三维有限元模型，计算施工过程中引起的周围岩土应力变化、沉降变形以及地铁隧道差异沉降量，为该站的施工方案提供参考。　　1工程背景　　本工程为华东地区某城市拟建城市轨道交通地下线路，线路为东西走向，下穿市区某十字路口。规划地铁车站设置于道路西侧，十字路口南北向为已建高架桥，地铁区

4、间采用盾构法施工，地铁车站及区间分别避开高架及相应桩基，但根据城市规划要求，该高架桥将拆除并改为建设地下隧道以满足城市景观要求同时缓解十字路口交通压力。　　根据规划施工顺序，高架改地下方案将于拟建地铁运营后实施，地下基坑开挖时将位于已投入运营的地铁隧道上方。为保证在运营中已建成地铁线路的安全，对基坑开挖对既有盾构隧道影响进行分析并采用相应工程措施保护，决定了设计方案是否可行。　　由于明挖基坑及盾构隧道所处地质情况、工程条件复杂，因此在建立有限元模型过程中应尽量与实际情况一致。　　2工程地质条件及地层物理力学指标　　工程所处为长江冲积平原区，地势低平，地面高程一般在

5、8～10m，上覆全新统松软粘性土层（Q4），主要由粉质粘土、淤泥质粉质粘土组成；基岩为浦口组（K2P）泥岩，基岩埋深25m左右。工程所处地层物理力学试验参数指标见表1：　　表1地层物理力学试验参数指标　　地层　　名称天然　　重度　　γ　　kN/m3压缩　　模量　　ES　　(MPa)变形　　模量　　E0　　(MPa)泊松比　　(μ)固剪　　粘聚力　　C（kPa）内摩擦角　　Φ°　　杂填土17.52.50/0.2812.015.0　　淤泥质土16.62.90/0.3510.08.0　　粉质粘土19.05.20850.2725.024.0　　强风化岩20.08.0014

6、50.2560.028.0　　中风化岩23.0/2000.20400.032.0　　表2强风化、中风化岩的力学参数　　岩石名称天然密度ρ0　　（g/cm3）天然抗压强度fc　　（MPa）静弹性模量E　　（MPa）动弹性模量Ed　　（MPa）　　强风化岩2.000.5~2.50.5×1031.3×103　　中风化岩2.205.82.0×1034.3×103　　注：静弹性模量—为根据试验室测得的岩石弹性模量、规范提出的建议值；　　动弹性模量—为根据现场波速测试测得的岩石弹性模量提出建议值。　　3有限元模型　　计算采用MIDASGTS软件进行，采用地层结构法，以Soli

7、d实体单元模拟土层，以Plate壳单元模拟连续墙以及管片的结构，以beam梁单元模拟内支撑体系。对于土层与各结构之间的接触采用共用节点的方式进行模拟。　　对土层，采用Mohr-Coulomb本构关系进行模拟，对连续墙、管片及支撑体系则按照LinearElastic本构关系进行模拟。　　4施工过程模拟与计算结果　　4.1初应力的考虑　　考虑岩土体的自重应力，忽略其构造应力，在分析第一步首先计算岩土体的自重应力场，并且在自重应力场中还产生了初始位移。在继续分析后续施工时，得到的位移结果中累加了初始位移；而现实中的初始位移已经结束，对基坑开挖没有影响，因此在后面的每个施

8、工阶段分析