近距离隧道开挖对已有地下结构的安全影响分析

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1、第2卷第9期2007年9月中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE693近距离隧道开挖对已有地下结构的安全影响分析11211,3董军，陈波，李玲，唐宗富，钱双彬（1.北京建筑工程学院土木与交通工程学院，北京100044；2.北京城建设计研究总院，北京100037；3.华北科技学院基础部，北京101601）摘要：文中以某地铁隧道的开挖施工对其邻近已有地下隧道出入口结构安全影响的实际工程为背景，应用数值分析的手段，建立几何力学模型，对定解问题进行分析和讨论。分析过程中，考虑初始平衡状态、施工开挖过程导致沉降变形又再次引起的新的平衡状态等三个主要过程，得到

2、相关数值计算结果，并讨论已有地下隧道出入口结构中几个关键截面处的实际内力变化特征。结果表明，受开挖影响得到的结构实际承载力与结构的极限承载力相比较，结构基本处于安全状态，但结构耐久性可能降低，须在施工中注意实时监测，进行合理的加固。文中结论对于进一步合理设计施工及进行已有结构的安全观测具有重要的参考意义。关键词：隧道开挖；力学模型；数值分析；已有结构；内力中图分类号：TU93文献标识码：A文章编号：1673－7180(2007)09－0693－5发生隆起、沉降、侧倾等变形，从数值分析的角度，0引言建立地层力学模型和出入口结构力学模型。分析中随着城市地铁建设的飞速

3、发展，大量规划中的考虑初始平衡状态、施工开挖过程导致沉降变形又地铁隧道进入施工阶段。开挖隧道，首先遇到的典再次引起的新的平衡状态等，讨论了结构关键截面型问题就是开挖必然造成对已有建筑结构安全上的处的实际内力在几个不同过程中的变化数值，并与隐患，诸如挖土对基底的卸载、支护结构向坑内倾结构的极限承载力进行比较，以此判断已有地铁出斜变形和掌子面内外降水等原因，不可避免地会引入口结构的安全性，对于进一步合理设计施工及进起周围原有建筑物或构筑物的沉降变形。隧道施工行已有结构的安全观测具有重要的参考意义。引起的地表沉降及对周边环境的影响是所有隧道施1力学模型及数值分析工工法

4、中必须考虑的一个重要问题。工程技术人员对此类问题通常采用工程类比法，但因地质条件的1.1工程背景复杂多变及施工参数的变化，导致所得近似分析结已知新建地铁隧道平行穿过已有结构出入口南果具有很大的局限性，再加上不同时期的建筑结构下方，考虑与其相邻的已有地铁某车站出入口结构[1~4]遵循不同时期的设计规范，因此如何正确地对已所受到的影响。已有出入口结构东西向长40.80m，有结构进行安全评价也是人们极为关注的一类问南北向长9.40m。出入口下沿距离新建隧道上侧垂题。随着计算机硬件技术和计算方法的不断完善，直距离14.681m，新建隧道右侧距离出入口结构左借助于计算机完

5、成复杂的计算分析，人们对复杂地侧水平净距离为7.04m，如图1和图2所示，根据[5~9]层变形问题逐步有了更为深刻的认识和理解。根据风险等级的分级标准，可以确定该出入口结构本文以某新建地铁工程为背景，研究新建地下为二级风险等级。隧道近距离施工引起已有地铁线某车站出入口结构基金项目：北京建筑工程学院博士基金项目。作者简介：董军(1967－)，男，博士，教授，E-mail：jdongcg@263.net第2卷第9期694近距离隧道开挖对已有地下结构的安全影响分析2007年9月的结构。将整体模型中地层土体和隧道共划分网格单元84500个，结点总数为90565个，几何模

6、型如3D图3所示。FLAC计算模型的荷载加入依据出入口附近工程地质条件提供的参数及地面超载。图1某新建隧道与已有隧道横断面示意图(高程单位：m；其余尺寸单位：mm)图2已有地铁出入口平面位置关系图（单位：m）图3地层结构模型（上部为已有隧道出入口结构；下部为新开挖隧道）已有隧道出入口勘查控制孔深度为23.10m。根据钻探资料及室内土工试验结果，按地层沉积年代、成因类型及岩性，勘察范围内地层可分为人工堆积数值计算的结果与采用工程经验分析的结果基层和第四纪沉积层两大类，并按地层岩性及其物理本一致，如图4所示。力学性质进一步分为6个大层。distance(m)-70-

7、60-50-40-30-20-1001020303D分析中基于FLAC和SAP2000软件进行分析，-0.0013D-0.002根据两种软件的特点，运用FLAC模拟地层的沉降-0.003变形行为，运用SAP2000对出入口结构进行分析。-0.0043DSAP2000结构分析中的沉降变形依据FLAC计算-0.005所得预测沉降曲线施加。在计算分析过程中，所需-0.0063D-0.007要的沉降曲线数值应通过将FLAC生成的坐标数-0.008值及计算出来的沉降变形值对应到SAP2000几何模-0.009型的坐标中。因为两种计算方法，思路上有所不同，displacem

8、ents(m)-0.01