基坑开挖对地铁隧道的影响.docx

基坑开挖对地铁隧道的影响（四川建筑科学研究杂志）2014年第三期1三维数值仿真模拟11数值计算模型基坑开挖卸荷引起周围土体应力状态改变，进而造成对邻近既有区间隧道的影响。为减小开挖引起的影响，针对基坑内土体根据“分层分块的分步开挖方案。建立三维数值仿真模型，模拟了全区域的开挖及全部施工经过，进行全经过的精细数值仿真研究，研究分层分块的开挖方案能否能够保证隧道变形在控制范围内。采用大型通用有限软件MIDAS/GTSV260建立全区域的三维数值仿真模型，如图35所示。计算模型土层总厚度(模型Z方向)取为70m，土体水平宽度(模型Y方向)取为150m，土体水平长度(模型X方向)取为350m，该模型共有23505个单元，14069个节点。三维数值仿真模型中，上外表为自由边界，其余5个外表均为位移边界条件，其法向位移约束为0值。对岩土体采用线弹性-理想塑性的Mohr-Cou-lomb模型进行模拟。岩土体屈从前，其应力应变关系服从线弹性关系;一旦发生剪切或拉伸屈从，岩土体将进入塑性流动阶段。采用正沟通动法则，不模拟岩土体的剪胀效应。理想塑性Mohr-Coulomb模型的屈从函数表达。式中，1、3分别是最大主应力和最小主应力;c、分别是内聚力和内摩擦角。当fs0时，材料将发生剪切毁坏。对地连墙、支撑体系和区间隧道构造，采用线弹性模型进行模拟。12本构模型参数地连墙、支撑体系、隧道构造混凝土强度C30，弹性模量Ec=30MPa。土体强度指标与浸透系数参考地质报告取值见表1，各类土的变形模量考虑应力途径的影响，取卸荷模量:根据刘国彬对上海饱和软粘土、袁静对杭州粘土、张文慧对南京粉质粘土以及胡琦对杭州砂质粉土的应力途径试验分析，坑内外土体应力途径影响系数见表2。13数值仿真步骤基坑内土体竖向分四层开挖，每层分10块进行土方开挖施工。三维数值仿真经过为:生成初始地应力场，位移清零;施作盾构区间隧道，位移清零;围护构造和冠梁的施工模拟，位移清零;根据土方开挖经过，首先开挖第一层土层的土块1和土块2，施工此处腰梁和支撑体系，然后根据土块编号210的顺序分别开挖土块和施工腰梁、支撑体系。同理，顺序开挖第二四层内土块。14计算结果分析基坑土体分层分块每一工况下，区间隧道水平变形和沉降最大值计算结果见表3。从表3能够看出，隧道水平变形最大4.6mm，沉降最大4.9mm，两者均随分层土层的开挖逐步增大，这是由于隧道受基坑卸荷效应影响逐步增大所造成的。限于篇幅，仅给出基坑分层分块完成对应的土体和隧道变形云图，如图69所示，对应工况下的地连墙和支撑体系水平变形分别如图1011所示。能够看出，基坑周边土体随土层分层分块的开挖，其水平变形和沉降逐步增加，隧道的水平变形随着基坑的距离减小而增大。基坑土体全部开挖完成，地连墙最大水平变形7.3mm，基坑周边土体沉降11.4mm。2结论结合工程实例，根据工程实际施工方案，运用MIDAS/GTS三维仿真分析，建立基坑与隧道互相作用的三维模型，分析得到下面结论:1)基坑土体开挖经过中，隧道水平变形最大4.6mm，沉降最大4.9mm，知足既有区间隧道的安全运营要求;2)根据（上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定），周围建筑物对既有隧道变形曲线的曲率半径15000m，经计算=20500m，可见基坑开挖引起的隧道变形在控制范围内;3)根据本文分析结果，86-2地块基坑分层分块的开挖方案是可行的，研究方法和结果可供类似工程提供参考。