基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响ppt课件.ppt

基坑开挖对临近隧道变形的影响 复杂介质数值分析方法课题汇报 选题背景及意义 1 地铁成为重要的交通工具之一 越来越多的基坑工程出现在地铁隧道附近 2 基坑开挖导致地铁隧道产生变形 影响地铁的正常运营 甚至严重影响地铁隧道的安全 3 缺乏认识 设计保守 造价偏高 浪费资源 未考虑基坑开挖的影响 导致隧道变形过大 内容提要 隧道变形力学机理 三维有限元数值模拟 1隧道变形的力学机理 开挖卸荷 坑底回弹 受到指向基坑侧的附加应力 产生水平位移 开挖前隧道处于平衡状态 图2 1基坑开挖对隧道水平位移的影响 开挖打破应力平衡 加荷和卸荷应力引起土体移动 导致隧道产生变形 收敛 1隧道变形的力学机理 开挖后 对于A类基坑 隆起位移 对于C类基坑 下沉位移 竖向位移出现隆起和下沉两种情况 降水引起土体的有效应力增加 导致隧道下沉 图2 2基坑开挖对隧道竖向位移的影响 竖向位移 受基坑开挖卸荷与降水加荷双重因素的共同影响 2模型建立 工程概况 杭政储出地块场地位于杭州市下沙经济技术开发区 包括86 1和86 2两个地块 本基坑工程位于86 2块地 设有连通的三四层地下室 工程周边管线复杂 距杭州地铁一号线运营段最近距离仅5m 设计基坑安全等级为一级 基坑周边环境如下图所示 2模型建立 基坑开挖深度12m 围护结构采用地下连续墙 内支撑联合支护 地下连续墙的入土深度为10m 厚度0 8m 共设3道内支撑 1m 5m 9m 截面面积取0 8m2 定义边界开挖深度12m 宽30m 长60m边界尺寸取长160m 宽130m 深52m 2模型建立 定义土层添加钻孔 杭州东部粉质土层 四层 土体本构模型釆用土体小应变硬化模型 定义结构单元开挖面 1m 5m 9m 12m盾构隧道 水平距离6m 埋深10m D取6 2m 轴线长度160m 支护结构 地下连续墙 板单元 腰梁与支撑 梁单元 隧道支护衬砌 板单元 共生成12024单元 19092节点 网格划分将隧道等效折合成均匀化为连续体 网格单元采用正四面体单元 设置网格单元为粗 2模型建立 假设条件1 认为土层均为水平 只定义一个钻孔 2 土体设为连续各向同性弹塑性材料 2 隧道衬吻与土体紧密接触 没有发生分离 体接触耦合 3 围护结构和内支撑结构等认为是线弹性材料 4 不考虑土体固结和蠕变的影响 即不考虑时间因素对变形的影响 施工步骤Step1 生成初始地应力 Step2 隧道开挖 生成衬彻 Step3 生成地下连续墙 腰梁及内支撑 Step4 重置位移为零 开挖第一层土体 Step5 生成第一道支撑 腰梁以及立柱 Step6 开挖第二层土体 基坑内水位降至 7m Step7 生成第二道支撑 腰梁 Step8 开挖第三层土体 水位降到 10m Step9 生成第三道支撑 腰梁 Step10 开挖第四层土体 水位降到 13m 2模型建立 生成计算结果 得到隧道结构水平位移如图所示 隧道最大水平位移位于隧道距基坑较近段中中间顶部 2模型建立 数值计算所得隧道最大水平位移12 1mm 小于地铁隧道结构控制位移值20mm 符合隧道变形控制要求 各阶段位移曲线位移变化趋势基本一致 实测结果会比数值计算结果偏大 对比监测数据 2模型建立 3基坑开挖对隧道变形的影响 研究思路 选取开挖过程中三个典型的影响因素1 隧道埋深2 支护结构刚度3 地下水位 1 隧道埋深分别取隧道埋深h等于8m 10m 12m 14m 16m 3基坑开挖对隧道变形的影响 2 支护结构刚度改变支撑 梁 的截面面积 初始d 0 8 3基坑开挖对隧道变形的影响 3基坑开挖对隧道变形的影响 4 地下水位选取不同的地下水位 2m 3m 4m 5m 6m 3基坑开挖对隧道变形的影响 4结论 1 隧道埋深对隧道变形的影响比较明显 大致呈开口向下的抛物线形式变化 开挖基坑过程中 要十分注意开挖深度与隧道埋深的关系 当开挖深度与隧道埋深相差不大时 务必引起重视 时刻监测隧道变形 2 支撑刚度对隧道变形的总体影响并不十分显著 与支撑的位置有关 支撑位置越靠近隧道底 支撑刚度对隧道变形的影响越大 增加支撑刚度可以适当减小隧道的变形 3 基坑开挖时 临近地铁隧道受初始地下水位的影响比较显著 初始地下水位越浅相应的影响就越强 在施工时需要时刻监视地下水位的变化 掌握地下水位变化对隧道位移 收敛的影响状况 做到信息化施工 4结论 后续的研究工作 1 有研究表明 隧道变形与隧道环外部土体扰动以及开挖的时空效应有密切关系 今后可以在这两个方面对隧道变形的影响进行研究 2 今后可针对在多个影响因素 交叉影响条件下地铁隧道受影响规律展开进一步研究 3 数值分析中将隧道结构等效成连续介质模型 但在实际过程当中受施工及拼接方式的影响 在数值计算如何反映隧道结构非连续性的影响 需要进一步