摘 要

地铁在历史发展的推动下，逐渐成为人们出行的重要工具。载地铁旁边建筑物的建设会对地铁隧道结构造成相当大影响，而由于共同沟的开挖引起的地表沉降以及对既有地铁隧道结构造成的影响成为设计共同沟和施工中需要密切注意的问题之一。因此，研究共同沟的开挖施工对既有地铁隧道结构的影响具有重要意义。

在此篇文章中用有限元模拟分析了共同沟开挖施工对既有地铁隧道结构的影响，并且文中也对隧道的位移规律进行了分析，然后将隧道的位移规律与实测资料两两对比，发现了有限元结果与实测资料在一定程度上可以保持相同。但是南京地区由于情况特殊，软土地区存在较多。在试验中，对隧道在基坑旁侧和正下方两种不同位置进行了模拟分析。同时分析了基坑开挖的工况、基坑的距离、埋深和地下连续墙的不同等其他不可抗力的原因对隧道位移造成的影响，并对隧道水平位移与竖直位移和内力沿隧道纵轴的变化曲线进行了分析。

关键词：共同沟开挖；数值模拟；既有地铁隧道；位移；沉降

Abstract

The subway has become an important tool for people to travel in the big city, the construction of the subway near the building will affect the performance of the subway tunnel, the surface subsidence caused by the excavation and the impact on the existing subway tunnel structure has become one of the most common channel problems in design and construction. Therefore, it is significant to study the influence of excavation on the existing tunnel structure.

In this paper, using 2D finite element simulation of the construction impact on the existing subway tunnel structure common ditch excavation, displacements of the tunnel have been analyzed, and compared with the measured data, that the finite element results and measured data are in good agreement with each other. According to the typical soft soil in Nanjing area is simulated and analyzed in tunnel excavation, and under two different relative positions under different conditions, and the influence of excavation of foundation pit in different distance and different depth and different depth of underground continuous wall and other parameters on the displacement of the tunnel, the change curve obtained from the horizontal and vertical displacement and tunnel the internal force along the longitudinal axis of the tunnel.

Key words: common ditch excavation; numerical simulation; existing subway tunnel; displacement; settlement

目 录

摘 要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 共同沟开挖对既有结构的影响研究 1

1.2.2 共同沟开挖对地铁隧道结构发生沉降的影响研究 2

1.2.3 共同沟开挖对既有结构变形的研究 4

1.2.4目前研究存在的问题 11

2 PLAXIS简介与建模 13

2.1 Plaxis概述 13

2.2一般模拟知识 14

2.3 基本单元类别 15

2.4 材料的本构模型、水力条件及模型的建立 16

2.4.1 材料的本构模型 16

2.4.2 模型的水力条件 16

2.4.3 模型的建立 16

图2-2平面应变网格生成图3 工程实例验证 18

3.1 工程概况 19

3.1.1 工程地质及水文地质情况 19

3.1.2 围护结构方案设计 20

3.2 地铁隧道监测方案 20

3.3 有限元模拟方案 21

3.3.1 有限元模型建立 21

3.3.2 施工模拟 21

3.4 有限元计算结果与监测结果对比分析 22

3.5 本章小结 23

4 计算与分析 24

4.1 计算参数 24

4.1.1 土层参数 24

4.1.2 结构参数 24

4.2 结果分析 24

4.2.1 共同沟开挖不同工况的影响 24

4.2.2 地下连续墙入土深度对隧道的影响 31

4.3 本章小结 36

5 结论及展望 38

5.1 结论 38

5.2 展望 38

致 谢 40

1 绪论

1.1 研究背景及意义

共同沟又称为地下管廊，起源于欧洲。在1832年，巴黎建造了以排水为主的廊道，布置了煤气管，供水管和通讯电缆等管线，这就是最早期的共同沟。到目前为止共同沟的开挖建设已经200多年，由于共同沟的建设存在很大的优势条件，各国纷纷开始进行共同沟的建设，并广泛的应用于大型工程建筑当中。中国是一个发展中国家，共同沟的建设工程项目日益增多。为确保共同沟的开挖、地下廊道结构施工的顺利进行以及施工的安全性，减少对既有地铁隧道结构所造成影响，共同沟的开挖施工越来越紧迫。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 共同沟开挖对既有结构的影响研究

随着共同沟越来越多的被开挖，对地下隧道结构的影响也愈加增大，共同沟开挖施工对既有地铁隧道结构的影响主要体现在使土体受力，弹性模量发生变形，从而影响土体结构发生变形。由于我国技术部门对共同沟开挖施工的重视，开挖施工技术水平的增长，对既有地铁隧道结构的影响也有所减小。但是随着共同沟的不断增加，共同沟开挖施工的过程中出现的问题也越来越多，包括土体的变形与沉降。同时规划管理，各种运营制度以及资金投入方面还相当的欠缺。为了解决这一系列的问题，降低共同沟开挖施工对既有地铁隧道结构造成的影响。

钱七虎等^[1]指出了地下综合管线廊道的发展现状、问题和对策。地下综合管廊的建设对城市的发展有着很重要的作用，将在未来引领着城市与国家走向富强。钱七虎就国内外研究情况做出了论述，共同沟的建设在欧洲开始，之后进入大陆，至此，共同沟的建设如火如荼的展开了。但尽管目前共同沟的开挖已经非常的普及，仍然存在相当多的问题。包括以下几点，规划管理上存在误区、资金的投入不足、思想与法律体系的误区与空白。这些都对共同沟开挖施工造成了很大的困难。再加上技术上的不足，共同沟的建设就更加困难了。

低温技术是共同沟开挖施工的重要科技。陈晓瑞与余湘娟^[2]的在南京某综合管廊基坑开挖中提出数值模拟研究，通过对现场实测数据的分析，并将其与基坑支护和开挖过程进行数值模拟分析，分析基坑水平位移以及钢支撑轴力的规律变化情况。分析结果可知，在开挖的过程中，如果不施加钢支撑段，基坑水平位移沿深度方向呈逐渐减小。而第二道钢支撑的轴力比第一道钢支撑轴力要大一点，轴力逐渐增加。得到的数值计算结果和现场实际水平位移和轴力观测值结果对比,相差无异，数值分析的结果表明，在基坑开挖的过程中，用钢板桩加钢支撑支护能够对基坑水平位移变化的控制起到很好的作用。

周志刚^[3]在某综合管廊受力分析中对ANSYS建模，对预制应力综合管廊受力性能进行了分析。对综合管廊受力的影响从多方面进行评价。对西堠门大桥做了测试，采用有限元对西门墩大桥的建设进行了分析，通过环境脉动法对大桥测试，能够较清楚的得出大桥的模态。综合管廊在设计的时候， 应该在底部施加刚性约束， 在结构上施加土的作用荷载。在共同沟的开挖过程中会对既有地铁周围土的变形有一定的抑制作用，会使得结构的受力大不相同，导致对地铁隧道产生影响。周志刚在文献中讨论了对受力性能的影响，从弹性模量，预应力大小等方面做出研究。

杨剑与王恒栋^[4]对液化土中地下综合管廊的地震响应进行了分析初探，地下综合管廊的建设已经成为了未来地下城市建设的发展方向，可以减轻维修成本，项目的可持续性以及在改善环境方面有很大的优势。建立数值模拟模型进行分析，采用静力分析，随后运算达到应力及孔隙水压力平衡，再采用动力分析。并且建立了物理模型与土体参数，由文献中的地震荷载管廊结构变形图可以看出地下综合管廊的相比于地铁结构较小，在水平向地震荷载作用下产生的位移近似相同。土体液化后埋深的不同导致加速度时程曲线差异较大，体现出加速度的放大效应。由此可以看出在地震条件下结构底部位置相对于上部结构土体更容易液化。

1.2.2 共同沟开挖对地铁隧道结构发生沉降的影响研究

周秋月与余湘娟等^[5]对南京某综合管廊工程基坑监测进行了研究。位于南京河西新城区的综合管廊工程，对钢板桩施工进行监测。从监测内容，测点布置和管廊施工状态这三方面进行了分析。得出水平位移越大，开挖深度越深的结论。基坑开挖过程中，会对周围的土层造成影响，在测点ZB-08的观察中可以得出结论。开挖速度增快会影响沉降的速率，开挖速度越快，沉降速率越快。

朱逢斌与杨平^[6]就城市隧道施工对邻近桩基工作性状影响进行了研究。研究了隧道开挖不同距离隧道工作面的工作性状，主要包括变形轴力与弯矩的影响。试验中建立数学模型及有关参数，就以下几个方面展开研究，隧道开挖产生的地表沉降，隧道开挖对距工作面和隧道中心线不同距离单桩水平位移以及轴力、弯矩的影响。当桩距隧道开挖面和隧道衬砌外轮廓线0.5倍隧道直径，需采取相应的措施保护附近结构物。