浅谈邻近基坑降水对运营地铁隧道纵向变形的影响研究

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1、同济大学土木工程学院博士学位论文邻近基坑降水对运营地铁隧道纵向变形的影响研究姓名：李文广申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：刘国彬20080101摘要在上海地区运营地铁隧道附近进行深基坑施工时，经常会遇到基坑底承压水位较高的情况，需要采取深井降水措施来保证基坑的稳定。大面积的基坑降水会引起基坑周围发生地面沉降，对邻近地铁隧道的使用功能和安全性能产生影响。本文从工程实际需求出发，根据上海地区的工程水文地质特点，分析了深基坑工程施工时，邻近基坑降水对运营地铁隧道纵向变形的影响。主要内容包括以下几方面：1．从质量守恒方程出发，通过反映含水层渗流场

2、和变形场耦合的三维应变模型来阐述抽取地下水引起含水层变形的机理；运用有效应力理论，推导了反映土的法向总应力与地下水水头之间联系的地下水运动方程，讨论了土层抽水压密和受荷固结的区别和联系。2．针对基坑潜水降水的特点，综合考虑降水引起的总应力变化和基坑内外土体渗流的影响，讨论了基坑潜水降水引起的地面沉降问题。3．在具体分析浅层承压含水层基坑降水特点的基础上，综合考虑抽水压密条件下土的本构关系和地层变形的空间分布规律，推导了一种新的基坑降水引起地面沉降的计算方法。该方法通过Merchant流变模型模拟抽水条件下土的应力一应变关系来反映抽水引起含水层变形

3、的时间效应，以随机介质理论反映地面沉降的空间分布规律，能够较好地预测基坑降水引起的地面沉降。4．结合上海软土盾构法隧道设计和施工的具体情况，简要地论述了影响软土隧道衬砌荷载的影响因素，通过引入环缝影响系数的概念对盾构隧道结构的纵向抗弯刚度进行了修正，限定了盾构隧道纵向抗弯刚度的取值范围。5．在盾构隧道等效连续化模型的基础上，分别利用弹性地基梁、柱壳理论，分析了基坑降水引起的隧道结构纵向变形性能。采用数值计算，在分析邻近基坑降水影响地铁隧道纵向变形的主要因素基础上，通过正交试验分析，讨论了基坑降水参数的重要性大小，提出了减小隧道纵向变形的降水措施，

4、可供基坑设计和地铁隧道保护评价时参考。关键词：运营地铁隧道，深基坑降水，承压含水层，随机介质理论，隧道纵向变形，等效连续化模型，弹性地基梁、柱壳AbstractABSTRACT11leconstructionofdeepfoundationpitwouldbedetrimentaltotheusabilityandsecurityoftheoperatingMetrotunnels．Dewateringinde印foundationpitissometimesnecessarytoensurethestabilityofthefoundation

5、pit,forthehigherwaterlevelofconfinedaquiferinShanghaicity．AccordingtothehydrogeologyandengineeringgeologyinShanghai，theeffectsonthelongitudinaldeformationofMetrotunnelsduetodewateringindeepfoundationpitwasstudiedinthisdissertationfromtheneedsofrealprojects．Primarycontentinclu

6、desseveralpartsasfollows．1．Three-dimensionalstrainmodeloftheaquiferisdeducedaccordingtomassbalanceequation．Themodelcouplestheseepagefieldwithdeformationfieldofaquifer,then,themechanismofdeformationofaquiferisdiscussed．nlegroundwatermovementequationisdeducedinviewofthetheoryof

7、effectivestress，whichrevealstherelationshipofthetotalcriticalstressandhydraulichead．Therelationshipofdeformationofaquiferduetodewateringandbeingloadedisalsodiscussed．2．msurfacesubsidencecausedbydewateringinde印foundationpitisdiscussed，inwhichthetotalstressischangingandtheeffec

8、toffluidflowinthesoilistakenintoaccount．3．Basedonvisco-elasticitythe