摘 要

21世纪以来，中国的城市化速度越来越快，城市化带来的交通问题越来越严重，地铁一种新兴的交通工具越来越重要，地铁沿线的建筑物一随之兴起。建筑物的施工对临近地铁隧道的影响成为工程界不可忽视的一大问题，其中深基坑开挖卸荷导致地铁产生附加形体变化和内力，可能会严重影响地铁隧道的安全。如何准确预测深基坑开挖对已有地铁隧道的影响，是一项急需解决的课题。本文的主要工作包括：

1. 基于杭州某一工程实例，采用plaxis2D软件建立二维有限元分析模型，其中土体本构模型MC模型，分析基坑开挖引起隧道形体变化、地连墙水平位移及地表沉降等，并将各模型计算结果与工程实际监测数据进行比较。

2)针对杭州东部典型软土，土体本构模型采用模型建立基坑二维有限元分析模型，分析隧道与基坑相对水平距离、相对高差、基坑开挖深度、隧道环外部土体扰动区等的影响规律。

关键词：基坑开挖；地铁隧道；数值模拟；形体变化

Influence of foundation pit excavation on adjacent subway tunnel structure

ABSTRACT

Since the 21st century, China's urbanization is getting faster and faster, and the traffic problems caused by urbanization are becoming more and more serious. The emerging transportation of the subway is becoming more and more important, and the buildings along the subway are on the rise. The impact of the construction of the building on the adjacent subway tunnel has become a major problem that can not be neglected in the engineering sector. The excavation and unloading of the deep foundation pit causes the subway to produce additional physical changes and internal forces, which may seriously affect the safety of the subway tunnel. How to accurately predict the impact of deep excavation on existing subway tunnels is an urgent problem to be solved. The main work of this paper includes:

1) Based on an example of a project in Hangzhou, a two-dimensional finite element analysis model was established by using plaxis2D software. The soil constitutive model MC model was used to analyze the change of tunnel shape, horizontal displacement and surface subsidence The results of each model are compared with the actual project monitoring data.

2) A two-dimensional finite element analysis model of foundation pit is established for the typical soft soil and soil constitutive model of eastern Hangzhou. The relative horizontal distance between the tunnel and the foundation pit is analyzed, the relative height difference, the excavation depth of the foundation pit, Disturbance zone and so on.

Key words: foundation pit excavation; subway tunnel; numerical simulation; deformation

目 录

1 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 基坑的特点与发展 1

1.2.1 基坑开挖对邻近地铁隧道研究概况 1

1.2.2 深基坑开挖引起的土体变化规律 5

1.2.3 力学计算法 6

1.3 不足之处及进一步研究趋势 8

2 下沙深基坑开挖对临近地铁隧道的影响 10

2.1 工程概况 10

2.2 工程支护设计 12

2.3 工程监测方案 13

2.4 区间隧道情况 14

3 数值模型及各参数取值 15

3.1 数值模拟软件介绍 15

3.2 一般模拟知识 15

3.3 基本单元类别 16

3.4 材料的本构模型 17

3.5 材料参数介绍及如何计算 17

3.6 数值模型 17

3.7 参数选取 18

3.7.1 主要施工步骤 19

3.7.2 主要假设 19

3.8 数值模拟结果与实测结果对比分析 20

3.8.1 模型数据 20

3.8.2 支护生成步骤 22

3.8.3 数值结果 24

3.9 本章小结 25

4 基坑开挖对邻近地铁隧道的影响 26

4.1 研究背景 26

4.2 有限元模型的建立 26

4.3 不同因素对地铁隧道影响的结果分析 27

4.4 考虑隧道侧土体扰动的影响 31

4.5 分区开挖的影响 36

4.6 本章小结 38

5 结论与展望 39

5.1 本文研究结论 39

5.2 展望 39

致谢 40

参考文献 41

1 绪论

1.1 研究背景

随着城市建设的快速发展，邻近地铁隧道开挖施工越来越多。地下开挖施工对现有地铁隧道造成巨大的不利影响，使得隧道产生额外的物理变化和力量，与隧道的合理应用和安全计划相关。根据现有科学实验结果，对发展概况和研究进展进行了回顾，提出了进一步的研究课题和研究思路。

1.2 基坑的特点与发展

1.2.1 基坑开挖对邻近地铁隧道研究概况

胡文亮与陈寅春^[1]根据重庆江东路隧道施工基坑工程，采用有限元软件MIDAS / GTS计算深基坑对相邻多拱隧道的影响。通过深部土方开挖施工施工过程的有限元模拟，从双拱隧道结构的位移，应力和应变分析了基坑施工对双拱隧道的影响，侧面稳定性 - 拱隧道结构对结论影响较大。凹坑侧壁的有效支撑可以减少对相邻地下结构的影响。隧道结构对基坑的影响随着挖掘深度的增加而增加。由于中间墙的存在，通过挖掘土方而减少了远处的隧道结构。隧道结构在坑侧的响应更加突出。基坑开挖引起连拱隧道围岩的主拉应变区域增大，主压应变区域减小，围岩稳定性降低，对连拱隧道结构受力不利。基坑开挖改变了隧道围岩的应力应变场，进而影响到隧道构造的安全性。

魏纲等^[2]通过收集国内外现有研究成果，基坑对隧道影响的研究方法总结为现场测量，数值模拟，理论计算方法和离心模型试验方法。并总结了研究现状，提出了现有研究的缺点和对该课题进一步研究的需要。目前，土方挖掘对现有盾构隧道的影响研究是在国内外进行研究的。它主要基于现场测量和有限元模拟。对室内收缩模型和理论计算方法的研究缺乏测量以隧道为基础的垂直和水平位移测试，较少检验隧道变形的收敛性。测量隧道的垂直位移具有隆起或沉降，其机理不明确，需要进一步研究，缺乏隧道应力和接缝试验，应使用三维位移计测试开口的接缝，研究了隧道体变化对接缝渗流的影响。目前，土石方挖掘隧道最大隆起的计算方法很多，但隧道最大水平位移计算方法尚未得到研究。