翻译-地铁结构基坑开挖的安全影响的分析与研究

1、地铁结构基坑开挖的安全影响的分析与研究摘要在不断建设和发展地下空间的这一过程中，研究影响相邻的建筑在现有轨道 交通和地下结构以及保护地下解雇是城市可持续发展的一个重要问题。挖掘相邻 近的基坑是最常见的情况，这在地下建筑区很容易导致灾难的发生。比如坍方、 基础失稳，桩体偏斜和基础隆起等等。这是对于周围建筑物是一个巨大的威胁。 在本文屮，我已经在广州收集了很多的例子，分析了位移场的变化，总结了开挖 湖的相邻建筑对现有的地铁结构基坑的影响。此外，我们选择了广州nongmao 停车场进行3d有限元法的数值模拟。通过对测量数据计算的结果比较和分析， 我们已经可以得出以下结论，它可以在未来的工程中组网参考

2、资料。 介绍21世纪是地下空间发展的世纪。主要的发达城市的发展经验和教训验证结果 表明，三维系统的协调发展城市的地面空间、地下空间和上部空间是唯-现实的 转变方式。充分利用地下空间是城市空间立体发展的一个重要组成部分。目前， 在国内外越来越多的城市开始修建地铁。在城市交通轨道建设中，环境保护和现 有的轨道交通主动成为重要城市环境项目城市可持续发展的重要问题之一。当城市的地铁通车，沿着地铁的商业居住建筑的黄金地带在未来肯定会发 展。也会员越来越多毗邻的地铁结构被发掘。基坑的挖掘不可避免的会影响到她 的周边环境，尤其是在软土，水含量高已经其他复杂的情况下。在这些提案件下, 基坑挖掘工作很容易造成塌

3、方、失败的基础、桩偏斜很基础隆起，挡土墙的的严 重泄露，土体流动的呢个，甚至可能威胁到周围已有建筑的安全。因此，研究影 响相邻基坑挖掘现有地铁结构和方法以保护现有的地铁的需要口益突出。在国内 外一些对地铁周围建筑物基坑的研究开始进行。但是对于这些问题，目前还没有 统一的标准。目前，地铁交通建筑的技术规范正在筹备当中，这一类的问题将来 会得到控制。在本文中，我们己经收集了一些广州和其他地方的样品进行调查和 研究，并且总结了在周围挖掘地铁基坑存在的一些影响。我们一广州nongmao 停车场项目为背景，用有限元法分析模拟了施工过程中的挖掘工作。我们还对现 有相邻地铁结构的相邻基坑挖掘进行了动态分析。

4、计算结构非常相近，可一作为 测量数据为类似的工程提供参考。现有地铁结构相邻基坑挖掘影响分析任何岩土工程活动围绕地铁隧道进行，隧道都会有相应的变形。也就是说， 新项目将会对现有结构的稳定性产生重大的影响。导致这些影响最本质的原因是 新的盾构施工导致的应力状态重新分布引发了一系列力学改变了其性质。深基坑 的施工，包括桩基础、防渗墙的开挖和其他的建设行为一定会影响甚至改变附近 的的应力应变状态，并且很可能危及邻近地铁隧道的安全使用。在地下开挖工程中，尽管地铁隧道施工完成后沉降逐渐稳定，但是深挖的基 坑周围隧道与周围土层会产生不对等的形变，因为隧道衬里与周围土体有不同的 刚度。作为结果，基坑、土体与隧

5、道的相互作用会导致一个问题。开挖后扌肖土墙 产生位移使墙外的土体产生相应的位移。随着开挖深度的增加，挡土墙外的土体 位移也会随着结构的变形而增大。它将逐渐的扩散，变形会随着周围建筑的建设 过程不断变化。在查询了许多文献和资料后，我们收集了 20个在现有地铁周围的深挖掘例 了和27个在广州完成的例子。其中,有huangsha地铁站、hengbaohuatings nongmao停车场等毗邻广州地铁5号线的实例。在南京也有一个在火车站下面的停车场项目,述有wanxiang国际购物中心, 上海东方路下面的交叉道项口，深圳的星河大酒店等。通过总结这些时间调查， 地铁附近的深挖工程项目的影响如下：(1)

6、 描墙的侧向位移和基坑隆起是由深基坑的开挖和土体超出基坑范围 所导致的。埋在土体下地铁隧道是随着土体沉降下沉。地铁隧道的沉降将和土 体达到协调同步。根据它们的刚度不同，它们的沉降也不尽相同。因此，地铁 隧道会收到土体不均匀的沉降影响。(2) 由于深挖挡土墙的横向水平位移，软土中的隧道也会深基坑开挖方 向移动。此外，由于横向水平位移，软土中的隧道也会随着深基坑的开挖方向 移动。此外，由于横向水平位移参差不齐，地铁隧道也会偏转而产生附加变形 沉思附加应力。如果地铁隧道能承受发家应力和变形他们就能止常使用，否则他们将遭到破坏，导致衬砌隧道变形或被压碎等等。(3) 当地铁隧道开始运营，周围土体基本稳定

7、。当附近的开挖动工，加 上上面外文的压力被卸下。隧道周围的土体将会随着承载力的增加而松动。(4) 一些挖掘工作需要抽水来使水位下降，这会使隧道墙面的有效压力 增加，隧道表面的水压力会减小。(5) 基坑内土体的隆起讲会导致深挖范圉内隧道被反弹位移。在变形要 求非常搞的地铁隧道工程屮，毗邻地铁的基坑可能存在上述的影响，因此不能 仅仅满足与保证基坑的稳定性。为了保证地铁隧道能正常的使用，必须才去一 些保护措施来保护基坑和地铁隧道。开挖步骤应该设计得恰当合理，一确保地 铁隧道的位移和变形不会太大。工程实例目前我们正在对地铁深基坑开挖影响进行分析，主要方法是有限元法。也就 是以周围土体和隧道作为一个整体

8、进行开挖模拟，并且在同时进行计算和分析。dolezalova (dolezalova, 2001), sharma (sharma et al.5 2001) and wang (wang et al., 2004)应用集成的有限元法，分析了深基坑挖掘工作的影响。在本文屮，我们用 综合有限元法分析了广州nongmao停车场项目。项目综述nongmao停车场项冃位于广园东路以北，巫山天桥以东，广州广东科学院内部。 这一地区从北边到较低的南边地形起伏。从上到下，土层可分为人工填土，斜坡 层，冲积层和基岩。挖掘深度大约在3.95m到6mo两个相同肓径的隧道从南向 从基坑下经过。隧道顶到基坑底的最小距

9、离为4.8m。建模开挖后岩体身处的二次应力将会减小。只有3%的变化，因此，它可以被广 泛的认为是岩体范围之外将不会受到影响。因此，计算结果的范围可以大致的确 定。根据计划图和剖面图，水平宽度和垂直长度分布取325m和420mo上部根 据土层的实际深度而设定。底部从隧道拱顶被设置为5d (也就是30m)。岩石和 岩土的参数都现实在表1中。表1岩石和岩土厚度(m)系数(106pa)地形内聚力(103pa)内摩擦角(° )人工填土4.915松散10.015.0砂土5.943430.0砂岩，页岩2.6250风化50.026.0砂岩，页岩25.05500屮风化150.030.0广州地铁3号线的

10、之上0.3m有个基坑。该基坑用直径550mm长14m的钻 孔灌注桩和螺旋喷射灌注桩来支撑。进行有限元法分析，当材料性能与土层结构一直，用莫尔库伦弹性法则。在模型 中建立有74122个单位和44896个节点。有限元模型与表一中是啮合的。隧道横 截面上监控点如图san屮分布。图1,有限元法模型建造步骤开挖顺序如下。首先，在第一层锚点一下0.20.3构建桩并挖掘土层。第二, 构建第一排锚杆。第三，在锚杆的构建完成后挂网并喷射混凝土。第四，当第一 层强度达到设计要求的70%时开始在第二层锚点下0.2m0.3m处挖掘，然后构 造第二排的锚杆和相应的网，喷混凝土层。重复以上补助直到挖掘工作到达基坑 底部。

11、图2,基坑与地铁三号线的位置关系计算结果分析当挖掘工作进行到基坑底部的时候，z方向上的位移监测计算得到，对比图4。z方向位移是通过不同的人沿着地铁的纵向不同部分的测量锁得到。模型在基坑下方位移方向计算与监测断面结果对比在图5与图6图7中。亠用丄二)c28-a<-piya04point 1-displaceaent calculated图4,点一的尖酸监测值对比zl-二 -wqc-dm图5,计算和监测值对比从整体来看，地铁三号线附近的nngmao停车场的施工导致地铁隧道位移并 不是十分显著。通过对于一些相应工程措施是结构在一个安全的工作环境中。在 监测结果中可以看出，z方向上的位移随着开挖

12、过程中而逐渐增加。当挖掘到基 坑的最底部的时候，最不利的情况出现。z方向上最大的位移达到2.1mm,在计 算中，也得到了这个结果。当挖掘进行到基坑的底部的时候，最大位移达到了 2.89mm。由此可知，计算值通常比监测值要大，但是位移计算结果和监测位移 的理论趋势在整个基坑开挖过程屮是基本相同的。引起偏差的主要原因是地下结 构上体的参数复杂性。a04-point 2monitoring freauecy4 5 3 5 2 5 m 3 2 15oo 5图7,点4的监测值与计算值对比在这个项目中，地铁隧道位移基坑的下方。上部基坑开挖对隧道起到了一定 程度上的卸荷作用。这时，地铁是漂浮的。同时，因为上

13、部的卸载并不是对称的, 左线和右线在x和y方向上的位移是不同的。z方向的位移是三个方向上最明 显的。从隧道的位移可以看岀，位于基坑中心的地铁截面位移比其他部分要人。这 是因为基坑中心受到的影响要比其他地方要大。结论和建议通过对现有地铁隧道附近基坑的开挖的收集和总结，并对他们其中之一进行 数值模拟，分析了这些毗邻地铁的基坑挖掘结构我们得到了以下结论：（1）根据广州nongmao停车场项0的计算结果分析，可以看出隧道上方的 基坑开挖会造成隧道隆起。隧道的横截面会由于侧压力和垂直拉力而变形。此外, 工程的监测数据表明，基础地板能有效的控制隆起的进一步发展和断面的变形。（2）隧道的最大位移一般发生在与基础中心最近的地方。随着距离的增大, 位移也会减少。也就是说，一定程度开挖的影响，越近影响越大。在设计规划中, 开挖项冃应该原来现有的地铁从而减小对它的影响。这种影响和它延伸应该理论 分析已经数值模拟研究。(3) 从典型的工程项目的计算结果和监测值的对比中，我们可以看到，用 数值模拟的方法来预测邻近基坑的影响是可行的。综上所述，毗邻地铁的地铁的开挖结构是复杂的岩土工程问题。在开挖过程 中，我们