双侧深基坑施工对紧邻地铁隧道变形的影响分析毕业论文

 2021-04-15 11:04

摘 要

近年来,随着国内经济水平提高,地下空间建设蓬勃发展。基坑开挖对已运营地铁隧道造成位移变化成为日趋严重的问题,了解基坑开挖对地铁隧道变形影响的变化规律成为热点。

本篇通过模拟广州某邻近地铁隧道的旧城改造项目,研究双侧深基坑分步开挖对地铁隧道变形的影响。研究采用ABAQUS三维有限元分析软件建模。开挖采用分步开挖的施工方法,运用ABAQUS的后处理功能对既有盾构隧道的应力和位移变化进行分析。基坑采用地下连续墙和水平支撑的方式支护,隧道采用的是喷锚和二次衬砌的方法做衬砌结构。

从结果表明,基坑的变形位于基坑水平支撑处,基坑开挖对隧道的水平和竖直方向均有影响,且基坑开挖对隧道的变形影响主要集中在基坑开挖区域附近。隧道所受的位移影响中上侧的位移要大于两侧位移。在基坑开挖过程中,隧道向下的位移越来越大。水平方面,隧道会向基坑开挖的一侧发生偏移。若双侧深基坑同时开挖,可以有效控制隧道的水平位移变化。

关键词:深基坑;地铁隧道;数值模拟:水平位移

Analysis of Influence of Construction of Double Deep Foundation Pit on Deformation of Adjacent Metro Tunnel ABSTRACT

In recent years, with the improvement of the domestic economic level, the construction of underground space has flourished. The change of displacement caused by excavation of the foundation pit has become an increasingly serious problem. It is a hot spot to understand the change law of the influence of foundation pit excavation on the deformation of the subway tunnel.
This paper studies the influence of stepped excavation of double deep foundation pits on the deformation of subway tunnels by simulating the old city reconstruction project of a nearby subway tunnel in Guangzhou. The study was modeled using ABAQUS three-dimensional finite element analysis software. The excavation adopts the construction method of step-by-step excavation, and uses the post-processing function of ABAQUS to analyze the stress and displacement changes of the existing shield tunnel. The foundation pit is supported by underground continuous wall and horizontal support. The tunnel is made of spray anchor and secondary lining.
The results show that the deformation of the foundation pit is located at the horizontal support of the foundation pit. The excavation of the foundation pit has an influence on the horizontal and vertical directions of the tunnel, and the influence of the excavation of the foundation pit on the deformation of the tunnel is mainly concentrated near the excavation area of ​​the foundation pit. . The displacement of the tunnel is affected by the displacement of the upper middle side than the displacement of the upper side. During the excavation of the foundation pit, the downward displacement of the tunnel is getting larger and larger. In terms of level, the tunnel will be offset from the side where the foundation pit is excavated. If the deep foundation pits are excavated at the same time, the horizontal displacement of the tunnel can be effectively controlled.

Key words:Deep foundation pit; subway tunnel; numerical simulation: horizontal displacement

目 录

1 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状简述 1

1.3 研究内容及计划 9

1.4 特色与创新 9

2 工程背景 10

2.1 工程概况 10

2.2 莫尔-库伦模型 11

2.3 软件介绍 12

2.4 基坑开挖方案 13

3 有限元三维数值模型 14

3.1 有限元三维模型建立 14

3.1.1 三维模型尺寸 14

3.1.2 材料属性赋予 15

3.1.3 部件装配 16

3.1.4 分析步设置 16

3.1.5 相互作用设置 17

3.1.6 荷载及边界条件 17

3.1.7 网格划分 17

3.2 有限元三维模型数据分析 17

3.2.1 应力分析 18

3.2.2 竖向位移分析 19

3.2.3 水平位移分析 29

3.2.4 本章小结 38

4 结 论 39

致 谢 40

1 绪论

1.1 研究目的及意义

随着我国地下空间的不断建设,紧邻地铁隧道的深基坑开挖工程越来越多。然而深基坑开挖卸载也带来一系列的问题如地基土的沉降以及初始应力的改变等。我国对于正在运行的地铁隧道变形控制十分严格,地铁隧道的最终沉降量和水平位移须小于20mm、结构变形的曲率半径大于15000m等。然而紧邻地铁隧道的基坑开挖卸载必将对已建地铁隧道造成位移影响,给已运营地铁造成安全隐患。

本篇文章通过ABAQUS有限元分析软件模拟双基坑施工对紧邻地铁隧道的变形影响的过程。了解基坑开挖卸载过程中的地层变化规律和隧道的位移变化规律。从而今后在基坑开挖卸载时采取合适的施工步骤,做好隧道衬砌结构,保证地铁隧道的安全。

1.2 国内外研究现状简述

基坑开挖依靠挖掘机施工,按行走方式可以分为履带式和轮胎式两种,转动方式分为机械转动和液压转动。常用挖掘机为单斗挖掘机,需挖掘机自行卸土。根据工作方式的不同,挖掘机分为正铲、反铲、拉铲和抓铲。

基坑开挖一般遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。基坑开挖必须连续施工,尽快完成,开挖前合理规划,确定开挖顺序并根据土质确定每层开挖深度。

基坑开挖过程中要求多次检查,保证土体的稳定性,防止开挖出现意外。对于施工过程中多余的土方,一部分用于回填,另一部分应及时运离基坑,防止发生滑坡。

基坑开挖完成后,必须立刻做垫层或浇筑基础,不然,挖土时应在基底标高以上保留150~300 mm厚的土层,待基础施工时再行挖去,采取这些措施可以有效防止底部土受到渗水的影响和其他因素影响。如果使用机械挖土,不应直接挖到基坑底部,应根据机器类型,在基底标高以上留出200至300 mm。在基础施工前,采用人工修整平整,可以防止基底土扰动和结构破坏。挖土不能够挖到基坑的设计标高以下,若基坑开挖超过设计标高时,应使用与开挖出的相同土,回填并夯实。如果使用原土回填不能满足强度要求,可以使用低强度的混凝土填补。

常见的基坑开挖形式分为有支护开挖方式和无支护开挖方式,城市一般采用有支护的开挖方式。基坑工程支撑包括围护结构、水平支撑、土方开挖、降水工程、基础加固、检测和环保工程。

常见的基坑开挖方法:

(1)放坡:属于无支护开挖方式,需有足够场地放坡,并时刻注意边坡稳定,需注意加固地基,开挖方式较为经济,工期短。

(2)挡土墙支护下开挖(常见有加锚杆挡土墙、重力式挡土墙或悬臂式挡土墙):无支护开挖方式,一般用于浅基础施工,地质条件好,环境保护要求低,工期短。

(3)有支护分层开挖:适用于软弱地基,回填土少,钢筋混凝土支撑或预制钢支撑体系

(4)中心岛开挖:有支护开挖方式。中心岛开挖方式是先挖四周土,当周围土开挖到底浇筑底板后形成底部支撑后再开挖中间土。该基坑开挖方式挖土快,适用于开挖面大的情况

(5)盆式开挖:有支护开挖方式。盆式开挖适合于开挖面大的基坑工程,先分层开挖中间土方,基坑周围土暂时不动。视情况进行放坡,被动土压力形成支撑,增强围护结构的稳定性。待中间基础、垫层建设完毕后,用水平或斜支撑对四周围护结构进行支撑并开挖周围土,每挖一层做一层水平横顶撑。该开挖方法支撑用量小,费用低。

深基坑支护结构是为了保证地下工程结构施工的稳定和基坑周边环境的安全,加强基坑侧墙强度和减小对深基坑周围环境的影响。

基坑支护的基本步骤是开挖前先做好支撑,支撑一般分层进行钢筋绑扎,绑扎完成后对支撑进行置模,完成后进行混凝土的浇筑。待支撑成型后,进行下一层土方的开挖,开挖完成后继续做支撑。底板面筋绑扎并防水涂料挂涂。

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