软土地区近接既有地铁隧道明挖基坑施工技术分析

作     者：徐文腾 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：涂忠仁

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：近接施工 理论分析 数值模拟 开挖顺序 开挖分层 

摘      要：随着城市化进程的推进,需要不断改建或新建城市交通基础设施以满足人们出行便利的需求,城市轨道交通是解决该问题的一个重要方案。城市轨道交通工程分期实施,交通网络的逐步加密势必会出现地下工程近接施工问题,需要妥善处理好新建项目与既有工程间的矛盾,同时满足两者在技术、经济以及安全等各方面的要求。论文依托厦门新建新月隧道近接既有地铁2号线工程,采取理论分析和数值模拟的方法,分析研究了新建项目基坑开挖施工参数对基坑主体结构及既有地铁隧道的影响:（1）总结归纳了基坑变形理论,概括了基坑开挖引起的基坑周围地表沉降、支挡结构水平位移变形、基坑底部回弹隆起的理论计算方法。（2）利用基坑开挖影响下盾构隧道的力学模型,推导出基坑开挖过程中,坑底及基坑侧壁卸载应力对既有盾构隧道附加应力的计算公式,并且基于Winkler地基梁理论,推导既有盾构隧道的变形计算公式。（3）结合有限元软件,建立基坑上跨既有盾构隧道以及基坑与盾构隧道呈并行两种空间分布状态下的三维数值模型,考虑基坑开挖顺序、开挖分层厚度、挡水围堰等因素,分析了基坑周围地表、基坑支护、基坑底部的变形以及既有隧道的沉降和变形规律。通过上述工作,主要研究成果如下:（1）当基坑旁有围堰堆载时,坑外地表最大沉降出现在围堰横截面中线对应处;且基坑开挖完成后,两侧挡水围堰外侧坡脚处都产生了轻微的隆起现象。（2）基坑（放坡开挖）上跨既有盾构隧道,与其呈斜交状态时,三轴搅拌桩加固坑底能改善基坑坑底隆起和既有盾构隧道上抬的情况,其中,隆起减小3.04mm,相对减小32.3%;上抬减小0.91mm,相对减小17.9%;此外,基坑施工时,可以采用减小第一层开挖厚度和开挖分层层数的方法,减小最终基坑周围的地表沉降、坑底隆起及下方盾构隧道的上抬。（3）基坑各层采用分部开挖时,在各层开挖过程中,分部跳挖引起的地表沉降、支挡结构水平位移、坑底隆起略小于顺序开挖。但最终开挖完成后,不同开挖顺序对上述结果无显著影响,这一规律同样适用于基坑与既有盾构隧道呈并行状态时,既有地铁盾构的水平位移。考虑施工的便利性,在实际施工中,建议采取顺序开挖的方式进行基坑开挖。（4）当基坑与既有盾构隧道呈并行状态时,采用跳挖法进行基坑开挖,由于保留土体对基坑结构能起到类似内支撑的效果,沿车辆行驶方向盾构隧道右侧拱腰将产生“微波浪形变形,最大值2.54mm,未超过安全控制标准10mm,各层第一部分土体开挖后该情况尤为显著。