摘 要

随着我国地下管线的飞速发展，综合管廊开挖基坑越来越频繁，从而导致的综合管廊基坑与城市环境的矛盾越来越突出。如何有效控制基坑的开挖对周围既有的邻近的地铁隧道的沉降和对其的影响应该要重点关注。为此，本文以开挖综合管廊的基坑为背景，研究了综合管廊基坑的开挖对邻近的既有隧道的影响。通过有限元软件Plaxis，使用摩尔-库伦模型建立了共同沟基坑开挖施工对邻近既有地铁隧道影响的分析模型，计算了隧道的水平和竖向的位移变化以及隧道内力的变化规律。结果表明：共同沟的基坑开挖施工对既有隧道的水平和竖向位移均有较大的影响，影响范围在20mm以内比较合理；随着隧道埋深的增加，隧道水平位移和竖向位移均增大，在进行了基坑的支护后，隧道的水平和竖向位移以及隧道的内力均减小，可以确保地铁隧道的安全运营。

关键词：综合管廊；地铁隧道；结构变形；结构应力；有限元分析

The influence of common ditch excavation on subway tunnel structure

ABSTRACT

With the rapid development of underground pipelines in China, the excavation of foundation pits in integrated pipe corridors has become more and more frequent, and the contradiction between the integrated pipe gallery foundation pit and the urban environment has become increasingly prominent. How to effectively control the excavation of the foundation pit should focus on the settlement and influence of the existing adjacent subway tunnels. To this end, this paper studies the influence of the excavation of the integrated pipe gallery foundation pit on the adjacent existing tunnels with the foundation pit of the excavation integrated pipe gallery as the background. Through the finite element software Plaxis, the Mohr-Coulomb model was used to establish an analysis model of the influence of the common trench foundation excavation construction on the adjacent subway tunnel, and the horizontal and vertical displacement changes of the tunnel and the variation law of the tunnel internal force were calculated. The results show that the excavation construction of the common trench has a great influence on the horizontal and vertical displacement of the existing tunnel, and the impact range is reasonable within 20mm. With the increase of the buried depth of the tunnel, the horizontal displacement and vertical direction of the tunnel The displacement increases. After the foundation pit is supported, the horizontal and vertical displacement of the tunnel and the internal force of the tunnel are reduced, which ensures the safe operation of the subway tunnel.

Key words: Utility tunnel; Subway tunnel; Structural deformation; Structural stress; Finite element analysis

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

1 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外现状 2

1.2.2 国内现状 2

1.3 研究意义及研究背景 3

1.4 现状研究 4

1.4.1 综合管廊的建造优势 4

1.4.2 地铁隧道结构的对桩基的影响分析 4

1.4.3 建设综合管廊时的基坑监测分析 5

1.4.4 基坑施工对运营地铁隧道的分析 6

1.4.5 液化土中的综合管廊的地震响应 6

1.4.6 隧道施工的影响 7

1.5 主要研究内容 7

2 共同沟基坑开挖对隧道结构的影响研究分析 9

2.1 共同沟面临的问题 9

2.2 相关研究方法与理论 9

2.3 隧道变形理论分析 10

2.4 共同沟基坑开挖对两个隧道的影响分析 11

2.4.1 计算模型 11

2.4.2 工程参数 12

2.4.3 主要施工步骤 13

2.4.4 围护结构的变形分析 13

2.4.5 隧道的变形和受力分析 14

2.4.6 隧道内力最大值 14

2.4.7 影响隧道变形因素分析 17

2.5 共同沟基坑开挖对单个隧道的影响分析 27

2.5.1 工况介绍 27

2.5.2 有限元模型分析 27

2.5.3 隧道的变形及受力分析 28

2.5.4 影响隧道位移和内力的因素 29

2.6 软土地区的共同沟基坑开挖对隧道的影响分析 36

2.6.1 工程介绍 36

2.6.2 有限元分析模型 38

2.6.3 隧道的变形及内力分析 38

2.7 本章小结 49

3 基坑开挖时对邻近隧道的保护措施 50

3.1支护结构的刚度 50

3.2对支撑施加预应力 51

3.3本章小结 51

4 结论与展望 53

4.1主要结论 53

4.2展望与建议 53

致谢 55

参考文献 56

1 绪论

1.1 研究背景

随着我国城市的发展，以前的城市标准化建设已经不能满足需求，通讯管线、燃气管线、供水管线等分属不同部门，很容易产生问题，给人们的生活造成了干扰，所以综合管廊成为了现代化建设的重要环节。共同沟是一种地下空间的预制结构^[1]，可以包含两条或者更多条的公用设施管线（如：通信管道、水管、燃气管道等），又称为地下综合管廊。目前来说，共同沟在一些地方开始普及，但是共同沟在我国还有许多问题。现在很多城市已经有了地铁路线，给居民带来了很大便利，但是共同沟的出现可能对地铁隧道有一些影响。本文结合相关文献资料，通过一系列的分析，发现共同沟在地铁隧道附近施工是否会造成地铁隧道部分区域承受土体压力不平衡而产生沉降或者其他不好的现象，从而进行论述。目前，共同沟的发展已成为一种趋势。

城市地下空间过于拥挤。因此，未来可持续的地下战略将包括减少传统直埋方式的使用。在上个世纪，人们越来越关注综合管廊，作为解决街道地下拥堵问题的方法。共同沟是联合使用的地下设施，可能包含多个设施例如水，污水，气体，电力，通信和集中供热的各种组合或在某些情况下全部在一起^[2]。与挖沟替代品相比，使用者的主要优势是对环境的影响大大降低。它们的结构不存在工程性质的新问题。然而，建造这些综合管廊最多的是首要成本，兼容性和责任问题^[3]。由于协同效应，这些地下设施非常复杂且难以管理。综合管廊作为城市发展的重要地下建筑，应该在城市规划战略的广泛背景下来考虑。它是城市基础设施现代化的标志，是未来节能的趋势和潮流^[4]。

随着我国现代化建设的快速发展，很多大型城市都遇到了很多的问题，例如人口密度快速增长、城市规模扩展过快、土地短缺、人民生存环境质量降低等，如何高效的使用城市的土地资源，加强城市的发展成为了各大城市急待解决的问题，从而帮助人民改善生活质量^[5]。而随着国家的迅速发展，传统的地下直埋管线的方法已经不能满足城市管理的日常需求，城市的能源的输送模式必须从根本上改变，所以才有共同沟的出现，共同沟已成为可持续发展的重要环节，正在逐步取代传统的直埋方式。