基坑开挖与邻近地铁结构变形相关性的实测分析∗

探究开挖卸载下基坑与近邻"上浮型"地铁结构的变形机制,以天津某邻近既有地铁的基坑开挖为例,通过实测手段分析基坑多期开挖条件下既有地铁结构的变形特点。基于基坑围护结构竖向变形,考虑基坑与地铁的水平相对位置L和开挖时间t,定义表示基坑围护结构竖向变形与地铁结构竖向变形相互关系的关联系数R,并对邻近地铁结构的竖向变形进行拟合与预测。探究三维空间下基坑与地铁水平变形的关系。研究结果表明:地铁结构整体表现为上浮,开挖期间累计竖向位移与累计水平位移的比值在0.5～1.5变化;基坑围护结构竖向位移乘以系数1000R/L可很好地拟合邻近地铁的竖向位移,关联系数R在基坑开挖过程中变化不大;三维空间下地铁结构纵向水平变形呈正态分布,与近地铁侧基坑围护结构同深度处的水平变形趋势一致。     

城市中心地带地铁深基坑开挖对周边环境影响实测分析

为研究在城市中心地带开挖地铁深基坑对邻近高架桥墩、复杂市政管线等周边环境的影响特征,以厦门轨道交通1号线城市广场站深基坑工程为例,通过对围护桩沿深度的水平位移、内支撑的轴力、坑外地下水位的变化、坑外地表沉降、周边地下管线沉降、邻近高架桥桥墩基础的沉降等进行现场监测,得出了一些有价值的结论。监测表明:桩身水平位移曲线呈典型的"内凸型";第一道钢筋混凝土支撑轴力最大,距底板最近的第四道钢支撑轴力最小;地表沉降呈现凹槽形和三角形两种沉降形态,表现出了非对称性,在坑内施作底板之后地表沉降趋于收敛;受基坑开挖影响最大的管线并不一定是距离基坑最近的,其变形量受到坑外地表沉降槽形状及最大沉降位置的影响,同时也与截面尺寸、材质、刚度等有关。高架桥桥墩基础受基坑开挖扰动较小,变化很小。     

深基坑支护开挖对临近地铁隧道结构的影响分析研究

通过数值计算,采用考虑基坑开挖过程中土体剪切模量随应变增大而衰减特性的HSS模型,研究了基坑开挖卸荷作用下,邻近地铁隧道的埋深、隧道和基坑地连墙距离及刚度比等关键因素对地铁结构附加弯矩和附加位移的影响。结果表明:对于坑底隧道,在地下墙埋置深度范围内,与地连墙水平距离越大,隧道的侧移越小,在地下墙埋深以下,隧道侧移随与地连墙水平距离的增大而增大;通过比较坑侧与坑底隧道的附加弯矩与位移,得出地连墙底附近区域因基坑开挖卸荷引起的隧道附加弯矩较大,出现应力集中和明显的隧道-土-挡墙相互作用效应,坑侧隧道水平附加位移普遍大于竖向附加位移;此外,隧道与地连墙刚度比增大,对挡墙侧移和隧道附加位移都有明显的抑制作用。该研究揭示了基坑开挖作用下隧道-土-挡墙之间的相互作用规律,对深基坑开挖优化设计以及临近地铁结构的保护和安全运行具有一定的指导意义。     

盾构隧道邻近地下连续墙围护结构施工影响研究

通过室内模型试验分析研究了城市中盾构隧道施工对邻近基坑围护结构及其周边砂土地面沉降的影响效应。研究结果表明:基坑围护结构对其周边由盾构施工诱发的砂土地面沉降存在一定的约束作用,且围护结构角部对周边砂土地面沉降具有更强的约束作用;盾构开挖面到达监测断面将诱发处较大增幅的地下连续墙墙身附加应变及其周边砂土地面沉降,而当开挖面超过监测断面约1.7D,地下连续墙墙身附加应变及其旁侧的砂土地面沉降将趋于稳定;盾构动态穿越施工将导致邻近侧向地下连续墙角部墙身底部与中段墙身中部出现较为明显朝向隧道的弯曲变形。试验结果揭示了盾构动态穿越施工导致的邻近侧向地下连续墙基坑围护结构弯曲变形规律,有利于对地下连续墙围护结构采取有针对性的加固保护措施。     

地铁车站深基坑钢支撑体系轴力预测及安全预警模型研究∗

随着我国基坑开挖数量和规模的不断增长，基坑事故率也随之上升，钢支撑轴力是衡量基坑围护支撑体系稳定性的重要指标之一。钢支撑轴力可利用传感器进行监测，但传感器失效后，该监测点将无法准确监测支撑轴力数据。故此，为保证基坑围护钢支撑体系的稳定，以宁波市某地铁车站深基坑的钢支撑体系作为研究对象，通过两道钢支撑架设之间的轴力变化进行分析，对钢支撑轴力数据进行预测，并对钢支撑体系进行安全预警。首先，由于轴力监测传感器存在“浴盆曲线”特性，故所得原始监测数据具有贫信息、小样本的特点，在此特性基础上，对基坑钢支撑轴力数据进行检验与处理，使之符合灰色预测模型建立条件；其次，建立灰色预测模型，并对模型的精度进行计算和后验差检验；最后，以灰色预测模型所得数据为基础，结合钢支撑的变形特征和指标，建立置信区间估计法安全预警模型，取显著性水平α=5%、α=2% 作为分界点，对深基坑的钢支撑体系进行预警等级划分，并判断当前钢支撑体系的运行状态。结果表明∶灰色预测模型精度良好，同时得出钢支撑体系处于安全的运行区间，模型判定结果与该地铁车站深基坑的钢支撑体系的实际情况相符，证明这种预测及安全预警模型可以用于判断钢支撑体系的稳定性。     

地铁深基坑开挖对邻近建筑物影响分析

为研究深基坑开挖对邻近建筑物的影响特征并评价其安全性,以厦门市某车站深基坑工程为例,通过构建三维有限元模型,考虑土体小应变刚度行为以及基坑-地基-基础-上部结构共同作用,计算基坑开挖引起邻近建筑物的变形值,并将柱底支座变位作为上部结构的强迫位移施加到上部结构上,然后进行结构内力分析和构件配筋验算,评价邻近建筑物的安全。研究表明:邻近建筑物越靠近基坑部分受基坑开挖影响越大,基坑开挖后,邻近建筑物结构变形主要表现为沉降和指向基坑的水平位移,结构最大水平位移为6.6 mm,自顶部向下逐渐减小,即结构发生微量倾斜;邻近建筑物地下室以沉降变形为主,主要受影响区域约为基坑围护墙后3倍的基坑开挖深度范围,沉降急剧变化区域约为1.5倍基坑开挖深度范围,地下室最大沉降为15.9 mm;受到邻近基坑开挖影响,上部结构虽然因支座变位产生内力重分布,但经检算认为整个结构仍然安全可靠。     

紧邻隧道条件下基坑开挖变形破坏模式分析

目前基坑开挖对邻近既有隧道的影响主要集中于隧道变形及应力的变化,对于紧邻隧道条件下基坑开挖的破坏模式以及机理仍缺乏较深入的理解。研究了不同隧道埋深、不同隧道与地连墙水平间距和不同地连墙埋置深度下,在紧邻隧道情况下基坑不同计算步的破坏模式,分析了变形破坏机理及易发生破坏的开挖步。研究结果表明,潜在破坏面可分为3种形式：直线形破坏面、圆弧形破坏面、U形破坏面;随着基坑的开挖以及内支撑的建设,剪切带逐渐变为绕地连墙墙趾的深层剪切带,与隧道的交叉部分从右侧肩部逐渐向下转移到右侧腰部或右下侧近腰部;基坑破坏易发生在开挖后未设置内支撑及开挖至坑底后设置内支撑的情况下。     

单支撑深基坑围护结构及坑外土体变形分析

对某混凝土单支撑排桩支护深基坑开挖过程中围护桩的水平位移进行了实测,围护桩体现出内凸式的变形特征。由于水平支撑提供的支撑刚度不同,不同位置围护桩的水平位移有所差别。通过建立有限元模型对实际工程进行了数值模拟,结果表明,在内凸型模式下坑外地表沉降呈现凹槽形,沉降最大值位于距围护结构0.6倍开挖深度处;坑外深层土体的竖向变形可分为凹槽形沉降区、过渡区和隆起区,一倍开挖深度范围内为主要影响区域。分析表明,坑外深层土体的水平变形随着距围护结构距离的增加呈现出由内凸形向悬臂形演化的特征。     

深埋隧道圆形基坑围护结构变形特性及控制指标探讨

基于深埋隧道超深竖井工程,对比分析了圆形与矩形基坑受力变形特征,在对国内外圆形竖井基坑典型案例统计分析的基础上,探讨圆形竖井基坑的变形抑制机理,以现有规范、工程实例为基础确定圆形竖井基坑的变形控制指标。研究结果表明:①考虑空间结构体系的圆形竖井计算的地墙内力及变形比弹性地基梁的计算结果小20%以上,而矩形基坑的计算结果仅比弹性地基梁的计算结果小0～15%;②支护结构承受轴力为主的"圆筒"效应、轴力对薄弱处的加强以及土体的"挤压"效应三者的综合作用是圆形基坑受力变形抑制的原因;③随着基坑深度增大,基坑侧墙水平位移与深度的比值显著减小;随着基坑直径增大,基坑侧墙水平位移与深度的比值变大;④建议以基坑深度35m、基坑直径40m为分界点,根据情况分别选取0.5‰、1‰、1.8‰作为对于圆形深基坑支护结构水平位移控制指标。     

基坑外设置隔离桩对土体水平位移的隔断效果分析

目前对于隔离桩是否能有效减小基坑外地下结构的变形问题仍存在争议。为研究隔离桩对基坑开挖引起的土体水平位移的隔断效果,结合二阶段分析方法及地层补偿法,提出了求解基坑开挖后隔离桩外土体位移的三阶段分析方法,并对其合理性进行了验证。结果表明:基于该方法的计算,不同基坑开挖深度和不同围护墙变形模式下,隔离桩的存在可减小坑外地坪下一定深度范围内的土体水平位移,但可能增大深层土体水平位移;隔离桩刚度越大,对土体上部水平向位移的隔离效果越好,但同时深层土层位移增大的情况也越明显;合理的隔离桩桩顶埋深可一定程度减小隔离桩对深层土体的牵引作用。为保护基坑外的地下结构而设置隔离桩时,应根据模拟计算结果、工程实际情况及当地经验综合分析其可行性。     

拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基位移的联合影响分析北大核心CSCD

以某基坑工程项目为例,分析了局部拆撑及邻近分区基坑开挖对基坑坑底桩基侧移的影响。首先采用围护结构分析软件FRWS7.4对拆撑过程进行受力分析,然后根据力平衡原理,将得到的底板侧向作用力作用于桩基,并采用有限元软件ABAQUS进行二维模拟,得出局部拆撑过程中桩基位移和应力云图;然后计算了邻近基坑开挖造成的坑底桩基侧移,将局部拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基产生的附加侧移结果进行叠加,得出坑底桩基最终位移。结果表明,局部拆撑过程中桩基安全储备较足,后期的邻近基坑开挖过程对坑底桩基侧移影响较大,但不影响其正常使用。     

拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基位移的联合影响分析

以某基坑工程项目为例,分析了局部拆撑及邻近分区基坑开挖对基坑坑底桩基侧移的影响。首先采用围护结构分析软件FRWS7.4对拆撑过程进行受力分析,然后根据力平衡原理,将得到的底板侧向作用力作用于桩基,并采用有限元软件ABAQUS进行二维模拟,得出局部拆撑过程中桩基位移和应力云图;然后计算了邻近基坑开挖造成的坑底桩基侧移,将局部拆撑及邻近基坑开挖对坑底桩基产生的附加侧移结果进行叠加,得出坑底桩基最终位移。结果表明,局部拆撑过程中桩基安全储备较足,后期的邻近基坑开挖过程对坑底桩基侧移影响较大,但不影响其正常使用。     

基坑开挖对下方越江隧道变形影响的评价

采用数值模拟方法计算隧道附加纵向变形值,应用三次样条插值对其进行拟合,并通过曲线拟合方程计算基坑影响范围内隧道纵向变形曲率的分布,以判别隧道纵向差异变形的敏感位置,从而评价隧道在不同抽条开挖方式与不同开挖工况下的变形状态,为基坑支护的设计提供依据。研究表明:基坑中心位置隧道的纵向变形最大,隧道纵向变形曲率变化最大的区域为隧道纵向基坑围护结构的位置。说明对于由基坑开挖引起的近接隧道保护问题而言,在严格控制坑底隆起量的同时,更应关注基坑维护刚度对隧道结构变形的影响。通过施工工法、隧道纵向变形及隧道纵向曲率变化三方面的综合评价,得出顺向抽条开挖方式对隧道保护更加有利的认识。     

地铁竖井深基坑与龙门吊轨道基础共同作用分析∗

为合理设计地铁区间隧道竖井基坑支护方案和龙门吊基础,以厦门市轨道3号线某区间隧道竖井工程为研究背景,采用PLAXIS 3D岩土有限元数值分析软件建立竖井基坑、龙门吊轨道基础结构及邻近渣坑堆土相互作用的三维数值模型,模拟计算12种龙门吊荷载不同作用位置及偏压作用工况,结果表明：龙门吊行车作用下的地表最大沉降为4 mm,基坑围护墙结构最大变形值为16 mm,约为基坑开挖深度的0.64‰;基坑开挖变形引起的龙门吊轨道基础结构内力变化最大值为270 kN?m,变化幅度约为16.4%;周边堆土对竖井基坑变形及轨道梁内力变化量不超过13%,主要需满足未堆土工况下的侧壁自身稳定性;最后通过对基坑的监测数据分析,表明数值模型可靠,基坑总体上安全稳定,龙门吊基础设计合理,且有足够的安全度。     

某基坑支护结构中双排桩的设计与应用北大核心CSCD

在工程实践中,基坑开挖深度越来越大,导致土体和周围建筑对于支护结构的变形要求较高,因此双排桩支护广泛应用于深基坑支护结构中。双排桩支护结构形式选择以及前后排桩的间距、桩顶点位移的控制、冠梁的大小等仍是设计的难点。结合合肥某基坑工程实例,运用有限元软件ABAQUS建立双排桩支护结构三维模型,通过有限元分析,研究了开挖深度、排距、结构形式等因素对双排桩受力与变形的影响,并将变形分析结果与实测结果进行比较,两者接近,实测位移量满足相关要求,施工过程证明该支护效果良好。     

某基坑支护结构中双排桩的设计与应用

在工程实践中,基坑开挖深度越来越大,导致土体和周围建筑对于支护结构的变形要求较高,因此双排桩支护广泛应用于深基坑支护结构中。双排桩支护结构形式选择以及前后排桩的间距、桩顶点位移的控制、冠梁的大小等仍是设计的难点。结合合肥某基坑工程实例,运用有限元软件ABAQUS建立双排桩支护结构三维模型,通过有限元分析,研究了开挖深度、排距、结构形式等因素对双排桩受力与变形的影响,并将变形分析结果与实测结果进行比较,两者接近,实测位移量满足相关要求,施工过程证明该支护效果良好。     

复杂地下环境中新建隧道侵入对桩基的力学影响

在多层多种地下结构相互作用的复杂环境中,新建隧道施工侵入到地下街群桩基础的内部,具有较高的工程风险。通过数值模拟与现场实测,重点研究新建隧道侵入过程对地下街桩位移与内力的影响。结果表明:开挖正洞下部会使与导洞初衬底板相交处的桩段弯矩急剧增大;截桩后,置于正洞上拱部衬砌中的残留桩段轴力明显减小,而衬砌的最小主应力明显增大;与不存在地铁隧道时相比,附近存在地铁隧道时的新建隧道施工引起的地下街桩基沉降会减小,应考虑第三方地下结构的作用。该研究结论可为新建隧道穿越复杂地下结构体系的灾害预防提供参考。     

城市轨道交通深基坑工程承压水风险与控制研究

随着我国城市轨道交通建设发展,北京、上海、广州等特大型城市轨道交通线路网逐渐形成,出现不同线路交错、轨道交通线路与其他城市设施空间交叉等情况,这使得地下车站深度不断增加,深基坑工程受深部承压水风险日益突出。收集了27个承压水风险工程案例,统计分析了围护结构隔断或未隔断承压含水层等不同情况下,承压水风险与围护结构类型、承压含水层面覆土厚度等的相关性;采用故障树法探讨了深基坑工程坑底突涌、围护结构漏水、流砂等风险事件及风险因素,根据风险工程案例对承压水风险主次因素进行排列;结合工程实例应用分析,提出了承压水风险预防应对措施,提出了设置备用降压井和基坑开挖前试抽水试验等风险应对措施,为类似工程提供参考。     

多支撑基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究*

基坑开挖引起的地层移动对临近建筑物下桩基产生影响。运用岩土数值计算软件FLAC3D进行了多支撑围护基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究,采用修正剑桥硬化土模型模拟土体的非线性应力—应变关系,桩基采用线弹性模型,桩土之间建立接触面。首先在标准问题中对不同桩顶约束条件的邻近桩基进行了研究,然后就围护墙体水平位移量、桩基与基坑开挖面的距离、桩基刚度、桩基长度和桩顶竖向荷载等因素对邻近桩基的影响规律进行了研究,计算结果与先前学者的工程实测结果进行了对比,与工程实测数据在其基本分布方面具有较高的一致性,可为相关的设计施工提供参考。     

隧道开挖地层位移计算方法及工程应用∗

经验方法是计算隧道开挖引起地层位移的重要方法，尤其是当地层的非线性塑性变形显著时，经验方法可更为合理地描述地层的位移分布规律，但是可实现地层竖向位移和水平位移统一计算的方法尚未建立。基于隧道上方土体单元的运动特征，提出了隧道开挖引起的地层位移的经验计算模型，建立了地层水平位移和竖向位移之间的关系。通过分析 25 组现场工程数据，优化了隧道上方地层最大沉降 S_v，max（z）的公式，结合已有的沉降槽宽度系数 i（z）的公式，发展了 Peck‐Mair 公式，实现了隧道上方地层竖向位移场的合理计算。根据地层水平位移和竖向位移之间的关系，基于发展的 Peck‐Mair 公式，推导了地层水平位移的计算公式，实现了地层竖向位移和水平位移的统一计算。在地层水平位移计算公式中，变量 H（z）表示土体运动定向点位置随深度的变化规律，基于工程实测结果提出了一个对数函数实现了 H（z）的定量描述。利用伦敦 HEX 隧道工程中实测的 2 组地层位移数据，验证了所提地层位移计算方法的合理性。最后，将提出的地层位移计算方法应用在北京地铁 12 号线安‐安区间渡线段隧道开挖工程，实现了该工程中隧道开挖引起的地层位移场的反演。