地铁深基坑施工引起下卧既有隧道隆起变形有限元研究

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1、地铁深基坑施工引起下卧既有隧道隆起变形有限元研究　　摘要：本文以武汉地铁4号线越江隧道汉阳岸上段风井设备层深基坑为工程背景，采用有限元方法重点分析了地铁深基坑开挖施工对下卧既有盾构隧道的隆起影响，得到了基坑开挖过程中，下卧既有隧道的隆起发展规律；并探讨了减轻隧道隆起变形的施工措施；为后续地铁工程建设提供一定的参考价值。关键词：地铁；盾构隧道；深基坑；隆起Abstract：Inthispaper，deepexcavationengineeringaboveexistingshieldtunnelsofsubwaywasmodeledwithplanestrainFEM(Fin

2、iteElementMethod),anditsinfluencesonthedevelopmentofupliftdisplacementofshieldtunnelswereanalyzedstage-by-stage.Moreover,feasiblemeasurementspreventinguplift.ofunderlyingshieldtunnelswereproposed.Thisstudycouldbeavaluablereferenceforfurtherresearchandengineeringpractice.Keywords:thesubway;

3、Shieldtunnel;Deepfoundationpit;uplift7中图分类号：TV551.4文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)1、工程背景随着城市轨道交通线网的逐渐密集，在既有隧道上方进行各种深基坑施工的情况逐渐增多，如上海[1][2]、南京[3]等地均有先例。从基坑与下卧隧道的走向关系来看，已有的工程实例中基坑纵向与隧道走向一般以较大的角度相交，从而相互影响的范围相对较小。本文以武汉地铁4号线二期越江区间汉阳岸隧道与上部风井设备层基坑为背景，针对隧道走向与基坑纵向一致且左右线盾构隧道均在基坑范围内的更不利情况作分析和探讨。图1为设备层基坑与隧

4、道的平断面关系：图1设备层基坑与隧道的平面关系设备层基坑“左深右浅”，左端基坑深约9.9m；隧道高程则“左高右低”，二者的相对高差在西端最小约8.8m，已小于基坑深度的一倍，断面关系如图2所示。同时基坑与隧道走向相同，左右线均在基坑下方。尽管设计上已采用分隔桩分为三段施工、进行基底加固处理的措施，为深刻揭示设备层基坑开挖对下卧隧道隆起变形的影响规律等，本文选取设备层左端较深段的中部断面进行有限元分析，此处基坑底至隧道结构顶部的距离约8.8m。整体有限元模型如图3所示。7图2断面关系图3有限元平面应变模型平面应变有限元模型尺寸为50m(水平)x40m(竖向)。2、模型建立2.

5、1基本条件与假设为了更符合工程一般工序，对分析模型做如下假设：（1）不考虑隧道管片间的螺栓连接，认为管片为整体；研究目的不是分析管片的内力；（2）基坑上部路面为汉阳风井的施工通道，考虑10kPa的路面荷载；围护桩及地基加固期间考虑10kPa施工荷载；设备层施工基坑开挖期间考虑两侧5m范围20kPa施工荷载；（3）基坑提前降水，开挖前基坑内水位已位于基坑底以下1m；（4）假设隧道管片采用C50混凝土；围护桩、砼支撑采用C30混凝土（5）假设基底加固的水泥土28天无侧限抗压强度达到1MPa；（6）假设设备层开挖前，隧道施工本身引起土体变形已经充分完成；2.2、计算工况：7本次有

6、限元分析按如下工序进行（1）生成初始应力和水位;（2）隧道施工；（3）施工围护桩;（4）施工基底加固（5）第一次开挖;（6）施工第一道混凝土撑;（7）第二次开挖;（8）安装第二道钢支撑;（9）第三次开挖到底。其中，设备层施工引起隧道隆起/下沉位移从第（3）个工况开始计，第（2）工况计算完成后位移置为零。2.3、模型参数本文采用Plaxis软件进行分析，土体采用更合理的硬化土体模型(Hardeningsoilmodel)[4,5]，以便考虑土体的非线性模量以及土体的卸荷再加载过程。表1为本次计算采用的土体参数：表1土体Hardenningsoilmodel的参数其中，压缩模量

7、指100kPa固结压力下的参考压缩模量E50，一般勘察报告中有提供；Eoed为某个参考初始固结压力下主固结曲线的切线模量，一般为100kPa，故E50=Eoed；Eur为固结压缩试验中卸载后再压缩曲线的模量，按照Plaxis手册[4]中建议取Eur=3E50，m为模量随压力水平发展的指数函数的指数，取值范围0.5~1，一般软粘土取较大值，较硬的土取值接近0.5[4]。杂填土的参数取值参考湖北省《基坑工程技术规程》(DB42/159-2012)附录B[5]以及详勘报告中的压缩模量及其他参数综合给出。7搅拌桩加固体的参