基坑開挖對(duì)臨近既有盾構(gòu)隧道影響的機(jī)理研究.pdf

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1、基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程器Foundation&StructureEngineering基坑開挖對(duì)臨近既有盾構(gòu)隧道影響的機(jī)理研究魏綱，趙城麗，蔡呂路(浙江大學(xué)城市學(xué)院土木工程系，浙江杭州310015)摘要：基坑開挖會(huì)對(duì)臨近既有盾構(gòu)隧道產(chǎn)生不利影響。分析了基坑開挖對(duì)臨近既有隧道變形的影響機(jī)理，理論分析結(jié)果表明：基坑開挖卸載使隧道水平方向壓力減小，導(dǎo)致隧道產(chǎn)生朝向基坑側(cè)的水平方向位移；收斂變形仍呈“水平向拉伸、豎向壓縮”，但變形會(huì)加??；首次提出基坑開挖深度決定了隧道豎向產(chǎn)生隆起或沉降；降水會(huì)使隧道產(chǎn)生下沉。收集了11項(xiàng)國(guó)內(nèi)基坑T程實(shí)例，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：隧道最大水平

2、位移值與隧道和基坑的凈距離呈冪函數(shù)關(guān)系．提出了隧道最大水平位移值的經(jīng)驗(yàn)公式，實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了影響機(jī)理理論分析的可靠性。關(guān)鍵詞：基坑；盾構(gòu)隧道；開挖；變形中圖分類號(hào)：U456．31文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1009—7767(2013)06—0141—06MechanismofFoundationPitExcavationImpactonExistingNearbyShieldTunnelWeiGang，ZhaoChengli，CaiLtilu隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，臨近既有地鐵盾構(gòu)隧道的基坑開挖工程越來(lái)越多。基坑降水和土方開挖會(huì)打破周圍土體的受力平衡，使旁邊既有隧道產(chǎn)生

3、豎向和水平向位移，橫截面產(chǎn)生收斂變形。而地鐵對(duì)隧道的變形要求極其嚴(yán)格，例如，上海市規(guī)定：地鐵結(jié)構(gòu)最終絕對(duì)位移不能超過(guò)20mm，變形曲線的曲率半徑不小于15000m，相對(duì)彎曲不大于1／2500①。因此，研究基坑開挖對(duì)旁邊既有盾構(gòu)隧道的影響非常重要?；娱_挖施工對(duì)臨近既有隧道影響的研究方法可歸納為：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析【l_121、有限單元法[13-14】、兩階段分析法【·51和離心模型試驗(yàn)法【16】。研究?jī)?nèi)容包括：隧道變形規(guī)律、基坑不同施工方案對(duì)比、基坑開挖控制措施、降水影響等。但關(guān)于基坑開挖對(duì)臨近既有盾構(gòu)隧道影響的機(jī)理還缺乏研究。筆者分析了基坑開挖對(duì)臨近既有盾構(gòu)隧道影響的機(jī)理，

4、利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。1影響機(jī)理分析基坑降水與土方開挖，會(huì)打破盾構(gòu)隧道附近土體的受力平衡，引起土體移動(dòng)，導(dǎo)致隧道受到影響。當(dāng)盾構(gòu)隧道在基坑旁邊時(shí)，在基坑開挖前隧道受到周圍水土壓力和自重作用，保持受力平衡(見(jiàn)圖1a)。①引自《上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定》。令日為隧道頂部覆土厚度，細(xì)為隧道軸線埋深，y為土體重度，凰為靜止土壓力系數(shù)，則隧道頂部受到豎向壓力為yH，隧道軸線處受到的水平向壓力為Koyzo。■刃蕊■————一a)隧道處于初始受力平衡狀態(tài)扣基坑開挖卸載產(chǎn)生向基坑●的附加力b)開挖卸載使隧遭受力失衡圖1基坑開挖對(duì)隧道水平向位移的影響

5、當(dāng)基坑開挖土方后，土體應(yīng)力釋放(卸載)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向基坑內(nèi)側(cè)的移動(dòng)，導(dǎo)致隧道靠近基坑一側(cè)的水平向受力(圍壓)減小，使隧道受到朝向基坑一側(cè)的附加力作用。隧道產(chǎn)生向基坑一側(cè)的水平位移2013#$6(11一)$31巷啼葒故術(shù)141器基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程Foundation&StructureEngineering(見(jiàn)圖lb)。相同條件下，隧道離基坑越近，受到的附加力越大，水平位移值也越大，容易超過(guò)報(bào)警值(10mm)。當(dāng)隧道在基坑旁邊時(shí)，實(shí)測(cè)隧道豎向位移出現(xiàn)隆起和沉降兩種情況，難以判斷。筆者分析認(rèn)為，隧道豎向位移與基坑開挖深度和基坑降水有關(guān)。1)把基坑類型分為A型和C型，A型基

6、坑的開挖面在隧道底部以上，C型基坑的開挖面在隧道底部以下?；娱_挖后，隧道會(huì)產(chǎn)生斜向坑底的位移。A型基坑開挖卸載．隧道上部壓力減小，引起隧道產(chǎn)生隆起(見(jiàn)圖2a)。C型基坑開挖卸載，隧道下方支撐力減小，引起隧道產(chǎn)生沉降(見(jiàn)圖2b)。側(cè)繃基坑開挖卸載’匐劇}＼／±m(xù)自**側(cè)的附加力a)A型基坑繃心l『生向基坑L易氏蝴叻飛擬基坑開挖卸載Ib)C型基坑圖2基坑開挖深度對(duì)隧道豎向位移的影響2)基坑降水會(huì)導(dǎo)致隧道所處土體的地下水位下降．土體豎向有效自重應(yīng)力增大，使隧道產(chǎn)生下沉(見(jiàn)圖3)。分析結(jié)果與文獻(xiàn)[17]的研究結(jié)果相符。因此，隧道豎向位移受基坑開挖深度和基坑降水兩者共同影響．應(yīng)

7、綜合考慮。羚基坑開挖卸載◇《滬、產(chǎn)生向基坑▲圖3基坑降水對(duì)隧道豎向位移的影響142辛葒故術(shù)2013No．6(Nov．)V01．31基坑開挖前．由于軟土地區(qū)土的側(cè)壓力系數(shù)K。<1，隧道頂部受到的豎向自重應(yīng)力一般要大于起拱線處的水平向自重應(yīng)力，隧道產(chǎn)生“水平向拉伸、豎向壓縮”，隧道收斂變形類似“橫橢圓”形狀(見(jiàn)圖4a)。基坑開挖后．開挖卸載使隧道朝向基坑側(cè)的水平向受力變小，而豎向受力不變，從而加劇了隧道“橫橢圓”式的橢圓化變形，即產(chǎn)生“橫向(水平向)拉伸、豎向壓縮”，使隧道收斂值增大．容易超過(guò)報(bào)警值(見(jiàn)圖4b)。豎向自重應(yīng)力大a)隧道初始收斂