深基坑施工引起运营隧道变形的数值分析.pdf

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1、第2期(总第158期)2012年4月中国彳丛z靠CHINAMUNICIPALENG]NEERINGNo．2(SerialNo．158)Apr．2012DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2012．02．033深基坑施工引起运营隧道变形的数值分析胡瑞灵(上海真如城市副中心开发建设投资有限公司，上海200333)摘要：以某具体工程为背景。采用有限元数值模拟分析软件ANSYS，对明挖法施工方案从基坑开挖施工全过程来研究基坑开挖对下方盾构隧道变形的影响。经实测，采用三维数值模拟能很好地模拟基坑开挖过程，所得结果与实测结果吻合较好。关键词：基坑开挖；地铁隧道；数

2、值模拟；变形分析中图分类号：U456文献标志码：A文章编号：1004-4655(2012)02—0092一04地铁作为现代城市的主要交通干线，安全性非常重要。但随着城市建设发展的需要，地铁隧道在使用阶段不可避免地会受到各种工程活动的影响，从而会对地铁隧道的使用功能和安全性产生影响甚至造成严重危害。在已建隧道上方进行基坑开挖，必然引起坑底土体的回弹变形，土体的变形也必将引起埋设于土体中隧道的变形；另一方面，隧道本身也在开挖过程中发生相对变形，引起附近的地表沉降和地层移动，进而影响到下方地铁隧道的受力和变形，威胁地铁隧道的安全¨“1。三维有限元数值模拟具有直观、仿真、形象、可信

3、等显著特点。川。在深、大、周边环境条件复杂、对支护结构变形要求较高的既有运营隧道的深基坑施工前，进行预先仿真模拟，不仅能够指导施工，及早发现问题，排除安全隐患，而且可检验现有施工方案的可行性。它不仅提高基坑开挖的安全性，同时还可以提高经济效益。本文针对明挖法深基坑的施工方案采用有限元ANSYS软件，对深基坑开挖引起运营隧道的变形影响进行数值仿真模拟分析，并结合实际施工期间的监测值进行对比分析。1基坑概况上海地铁11号线位于某深基坑明挖+u槽段，与深基坑斜交470，基坑的开挖平面斜交宽度为53m(正交为36m)，坑底距隧道管顶最不利净距为4．15m。基坑平面尺寸为79m×40

4、in，基坑开挖深度7．3～8．0m，收稿日期：2011—06—21作者简介：胡瑞灵(1976一)，男，工程师，硕士研究生，现从事工程管理工作。92基坑围护采用咖l200mm钻孔桩和鄙50nu'nSMW工法桩相结合的方案，支撑采用混凝土支撑(800millX800111113)，圈梁采用混凝土圈梁(1200mmX1000mm)。基坑围护平面图见图1。图1基坑围护平面图为减／Nt$近基坑开挖的叠加效应影响，根据基坑的开挖宽度、深度及与11号线隧道的相互关系，将基坑分为2个独立基坑，即B1和B2。2个独立基坑之间的间距为9m，采用郝50mmSMW工法桩作为隔离墙，再把每个基坑沿长

5、边平行分为2个小基坑，宽度为5m，然后沿基坑短边平行分为11个独立小基坑，每个小基坑宽度为7m，共分成11个区域(见图2)。Bl图2基坑分区开挖平面图中国彳武z朽胡瑞灵：深基坑施工引起运营隧道变形的数值分析2012年第2期2模型的建立2．1计算模型计算模型区域为长300m(算方向)，宽200m(Y方向)、高100m(z方向)，共划分32564个单元。单元类型主要为8节点4面体单元。计算总体模型见图3，基坑与11号线模型相对位置图见图4。图3计算总体模型图4基坑与11号线模型相对位置图2．2材料参数模型中土体材料采用Dmcker—Prager模型。该模型屈服准则对Mohr—C

6、oulomb准则给予近似，以此来修正VonMises屈服准则。计算模型中选择几种主要的土性，各土层的物理力学性质见表l。表1土层物理力学性质密度／弹性模量黏聚力内摩擦角土性泊松比g’cnl。／MPa／kPa／(。)杂填土I．803．20O．3615II．0粉质黏土1．889．000．3l1423．5淤泥质黏土1．682．000．401I15．0砂质粉土1．864．63O．31731．0淤泥质黏土1．682．000．401215．0基岩2．402530O．2315050．0水平位移，4个侧面为滚轴边界，仅限制水平方向位移，表面为自由边界。2．4分析过程1)工况l。在基坑未开挖

7、之前，从11号线内侧对盾构周围2m范围内采用三轴搅拌桩加固；盾构周围2m范围以外到结构底板下土体采用三轴搅拌桩加固；对基坑进行围护结构施工。2)工况2。在围护结构达到75％的设计强度时，浇筑圈梁和内支撑。3)工况3。待圈梁和支撑强度达到设计强度的75％，基坑开挖至设计标高1．5m。4)工况4。基坑沿隧道纵向分条放坡开挖D1土体至设计标高，架设型钢，浇筑垫层及底板混凝土，并与抗拔桩连接。5)工况5。在匝道内，沿隧道横向分条放坡开挖D3、D5、D7土体至设计标高，架设型钢，并且与D1部分型钢焊接，浇筑垫层及底板混凝土。