基坑开挖对邻近地铁隧道结构的影响分析毕业论文

 2021-04-15 11:04

摘 要

随着中国经济社会的日益发展,人们对地下空间资源的开发与利用也开始到了一个新的阶段,跨越已有地铁隧道建设的基坑工程愈来愈多,如行人过街通道道工程、建筑物地下室基坑工程等。本文依靠Plaxis2D有限元软件,综合基坑、土体和地铁隧道之间的相互作用,建立了相应的几何模型来进行分析。其中,土体采用小应变硬化模型进行模拟。有针对性地将基坑在开挖施工过程中对邻近已有隧道所产生的力学效果采用数值模拟,进行数值模拟的要素包括:基坑开挖的深度和大小、基坑与地铁隧道之间的距离、地铁隧道结构的埋藏深度、开挖土层的条件和基坑支护的方案。基于上述有限元模型的参数分析,可以让我们在基坑开挖的过程中更加直观地研究隧道结构变形的影响规律,研究所得相关结论可以为今后的基坑工程施工提供有力的依据,同时也给邻近已有地铁隧道的保护提供了有益的参考。

关键词:基坑开挖;变形;支护;有限元;参数分析

Analysis of Influence of Foundation Pit Excavation on Structure of Adjacent Metro Tunnel

ABSTRACT

With the development of China's economy and society, the exploitation and utilization of underground space resources has begun to reach a new stage. There are more and more foundation pit projects spanning existing metro tunnels, such as pedestrian crossing corridor projects, building basement foundation pit projects and so on. Based on Plaxis 2D finite element software, this paper synthesizes the interaction among foundation pit, soil and subway tunnel, and establishes the corresponding geometric model for analysis. The small strain hardening model is used to simulate the soil. In the process of excavation and construction of foundation pit, the mechanical effects of adjacent existing tunnels are numerically simulated. The elements of numerical simulation include the depth and size of foundation pit excavation, the distance between foundation pit and subway tunnel, the buried depth of subway tunnel structure, the condition of excavation soil layer and the scheme of foundation pit support. Based on the parametric analysis of the above finite element model, we can more intuitively study the influence law of tunnel structural deformation in the process of excavation of foundation pit. The relevant conclusions can provide a strong basis for the future construction of foundation pit, and also provide a useful reference for the protection of existing metro tunnels.

Key words:excavation of foundation pit;deformation;support;finite element;parametric analysis

目 录

1 绪论…………………………………………………………………………………………1

1.1 前言……………………………………………………………………………………………1

1.2 国内外相关研究现状…………………………………………………………………………2

1.2.1 国内方面研究………………………………………………………………………2

1.2.2 国外方面研究………………………………………………………………………6

1.3 现有部分研究成果……………………………………………………………………………7

1.3.1 变形研究及建议……………………………………………………………………7

1.3.2 变形控制措施………………………………………………………………………8

1.3.3 深基坑的受力分析…………………………………………………………………9

1.3.4 基坑降水施工………………………………………………………………………9

1.3.5 基坑支护…………………………………………………………………………10

1.4 本文主要研究内容及研究方法……………………………………………………………11

1.4.1 研究内容…………………………………………………………………………11

1.4.2 研究方法…………………………………………………………………………11

2 定义几何模型……………………………………………………………………………12

2.1 模型的建立…………………………………………………………………………………12

2.1.1 参数定义…………………………………………………………………………12

2.1.2 有限元网格划分……………………………………………………………………14

2.2 施工工况的定义………………………………………………………………………………14

2.3 执行计算………………………………………………………………………………………16

3 结果分析………………………………………………………………………………………17

3.1 支护结构施工…………………………………………………………………………17

3.2 基坑开挖………………………………………………………………………………23

3.2.1 第一层开挖…………………………………………………………………………23

3.2.2 第二层开挖…………………………………………………………………………29

3.2.3 第三层开挖…………………………………………………………………………37

3.3 影响因素浅析…………………………………………………………………………45

3.3.1 隧道与基坑的水平距离……………………………………………………45

3.3.2 基坑开挖的深度……………………………………………………………47

3.4 本章小结………………………………………………………………………………48

结论…………………………………………………………………………………………50

致谢…………………………………………………………………………………………51

参考文献………………………………………………………………………………………52

1 绪论

1.1前言

随着中国“一带一路”战略的持续稳定推进,考虑到城市地下轨道交通系统对周围地块的强劲拉动作用,越来越多的基坑工程跨越既有地铁隧道进行建设。社会经济发展的同时,人们越来越多地开发和利用城市地下空间资源。地下空间的开发利用不仅可以满足人们生产和发展的需要,而且还对环境起到保护作用。在实际工程中,难免会在已有地铁隧道附近开挖基坑。基坑的开挖不仅会影响周围土体的变形,而且会在一定程度上对邻近既有地铁隧道结构产生影响。

基坑开挖工程在资源利用过程中显得尤为重要,甚至可以说是整个工程安全的重要保障。基坑工程通常位于已经运营地铁的隧道上或附近,它还影响邻近地铁隧道的安全性和稳定性。基坑是项目建设的基础,其施工对邻近地铁隧道结构的影响与各种因素有关。新基坑施工中,在保证自身的安全性和稳定性的同时,还要控制基坑开挖所引起附近地层的运动,以确保能够控制其对周围环境所产生的影响。对邻近地铁隧道和轨道结构的影响,基坑施工通常会表现为:基坑开挖不可避免地会干扰周围土体,导致其变形。变形传递到相邻的地铁隧道上,破坏了隧道原有的力平衡,在地应力重分布的作用下产生变形,进而会引起隧道中的轨道结构变形,并改变轨道的几何形状。

在基坑施工中,基坑降水会引起周围土体的沉降,尤其是基坑与现有的地铁隧道相邻时,应更加注意地铁隧道结构的变形由于基坑开挖过程所产生的影响。基坑的开挖深度、与隧道的相对距离、断面和桩基础的相对位置是影响扰动效果强度的重要因素。基坑开挖越靠近基坑中心线、开挖深度越深,隧道的扰动效应越显著。在实际工程中,可以有目的性地对有明显扰动的点采取实时监测,进而以保证施工的安全与顺利实施。

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