文献综述(或调研报告):
随着我国社会的不断发展,城市居民聚集越来越集中,为满足居民出行需求,越来越多的城市修建了地铁,地铁已成为现代城市的主要交通工具之一。而随着人口密度的增大,城市建筑也更加的密集,使得大量地下工程大规模兴建,许多城市工程的基坑场地紧凑,常常紧贴红线,呈现出“深、大、紧”的特征。
邻近区域工程活动是较常见的对隧道产生重大影响的因素,其中就包括建筑基坑的开挖。研究邻近地铁隧道的基坑开挖工程是国内外岩土领域的较新的一个重点研究方向。研究的内容主要包括:(1)在施工期间邻近隧道的变形和受力的变化规律,对现有邻近地铁隧道的基坑开挖工程进行模拟预测,(2)基坑开挖引起隧道变形的因素,如二者距离、基坑深度、隧道埋深、土体土质等(3)研究不同工况对隧道的影响,寻求最佳施工方案,以及(4)基坑降水对施工的影响。常用的方法为:现场监测,理论解析和数值模拟。其中数值模拟方法常用的有限元软件为:Plaxis 2D/3D, Abaqus, Midas/GTS, FLAC3D等。
现场实测
孙斌彬等(2015)在“基坑施工引起临近地铁隧道变形实测及有限元分析”中探究了通过现场监测了苏州地区10个临近地铁隧道的基坑施工,整理分析实测数据,得出以下结论:基坑施工导致临近地铁隧道朝基坑方向移动,同时引起拱顶沉降、道床隆起以及隧道断面水平向拉伸;隧道水平位移、竖向位移以及水平收敛变形随基坑开挖深度的加大而增大,一般在基坑开挖完成或者支撑拆除时达到最大值;;隧道变形曲线空间分布具有对应基坑中部或中部附近处隧道断面变形较大的特点;隧道变形曲线的时空特征,受土方开挖方式、坑内加固、地面超载、降水活动、基坑与隧道相对空间位置关系等因素影响。而对其中一个案例进行有限元数值模拟,得出了基本与实测数据接近的水平、数值位移曲线,但有限元难以完全模拟复杂的施工工况,在计算结果中会与实测值有所出入。最后通过有限元模拟得出:隧道变形随着地连墙厚度的减小、基坑与隧道间距的减小而增大。该研究表明,现场实测的方法数据可靠、具有现场指导意义。但研究周期长,测点布置、监测数量有限,过程繁琐,成本较高。若需要定性探究大量基坑开挖对临近隧道的不同参数影响规律,运用有限元数值模拟是更合适的选择。
理论分析
戴博红(2008)等在“深基坑施工对邻近地铁隧道的影响预测”中采用半经验、半理论的方法,对地铁隧道处的土体水平位移和竖向位移进行计算。该方法根据围护墙的变形对墙后土体的移动具有全息性这一性质,将土体涌入的那部分地层损失用围护墙变形的形状和大小来体现。在考虑土体收缩性质后,最终得到墙后任一点的水平位移和竖向位移,以此来保守估计地铁隧道的结构变形。但研究中作了较多的假定和简化。
数值模拟
艾鸿涛等(2008)在“临近地铁隧道的深基坑工程的变形分析”中结合上海静安寺地铁站与越洋广场基坑工程,采用FLAC3D软件建立三位有限差分数值模型。三维数值分析与二维数值分析相比具有能模拟支护结构的空间效应以及能体现出隧道与基坑在空间上的分布轻卡情况等优点,对于模拟施工工况更加精细。经过模拟分析,发现基坑开挖会引起邻近隧道向基坑方向水平移动以及一定程度的下沉,初步得出了与基坑相对较近的隧道受影响较大的结论,并提出可以运用三次曲线来拟合隧道的位移曲线,从而预测隧道的变形性状。此外该研究发现基坑开挖造成的地连墙在前期开挖变形较快,后期逆作施工变形较慢的特点,最后将隧道和地连墙的各个数值模拟曲线与实测值进行比较,证实了该模拟方法的可行性。但该研究的结论完全模拟现场工况,没有对其他不同的可能对隧道产生影响的参数如相对位置,隧道直径,开挖尺寸,隧道保护措施,基坑支护方案等进一步调整研究。
郑刚等(2008)发表“Numerical analyses of influence of overlying pit excavation on existing tunnels”采用Abaqus/Standard建立模型,对上覆基坑开挖对既有隧道的影响进行了研究。研究指出,基坑和隔板壁不同位置的隧道会经历不同的变形和内力变化。对于位于隔板壁内部的隧道,当隧道靠近开挖中心线时,水平方向会发生大的收敛,对于直接位于地下连续墙底部的隧道而言,与垂直方向成顺时针方向30°处会发生较大的收敛,而与水平方向成顺时针方向时30°处会发生发散。对于位于墙外的隧道,由于开挖过程中土壤应力变化较小,因此其变形较小。该研究主要讨论了隧道位置对发生此类现象的不同影响,而其他可能的影响因素需要更多的研究去加以论证。
