杭州粉砂地层基坑施工对临近运营隧道变形影响研究

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随着城市路面交通拥堵问题日益突出,地铁建设得到了空前发展。由于城市规划需要,地铁线路往往存在交叉现象,因此新建地铁基坑施工引起临近既有隧道变形问题得到了工程界广泛关注,尽管大量学者针对该问题进行了深入研究,但基坑工程具有很强的独特性,土层差异直接影响研究结果。粉砂具有稳定性差、渗透性好等特性,当临近隧道产生较大变形后,极易产生渗水等灾害,因此,研究粉砂地层基坑施工对临近运营隧道变形影响显得十分有必要。本文以杭州某地铁车站为工程背景,对基坑施工引起临近隧道变形进行了全过程实测分析。通过试验获得了粉砂土HSS模型参数,采用有限元研究了不同基坑开挖方式、基坑隧道水平距离下临近隧道变形规律。本文主要工作以及结论如下:(1)通过对重塑粉砂土进行标准固结试验、三轴固结排水剪切试验、三轴固结排水加载卸载再加载试验、共振柱试验,获得了HSS模型中的9个参数。粉砂HSS参考切线模量Eoere df为17.9MPa,割线模量E50re f为18.9MPa,破坏比fR为0.97,c?为1.1k Pa,??为28.5°,静止侧压力系数k0为0.52,卸载再加载模量Eurref为50.7MPa,0Gre f为110.36MPa。0.7倍0G时剪应变大小?0.7为5.589×10-4。杭州粉砂土Eoere df、E50re f、Eurref 3种模量比各地粉质黏土相应模量都要大;杭州粉砂由经验公式求得0Gref值远小于试验值。(2)对TRD、三轴水泥搅拌桩、地下连续墙施工下临近隧道变形进行了实测分析。结果表明,在TRD施工阶段由于受到挤土作用,使得隧道左侧有效土压力大于隧道右侧有效土压力,隧道下方有效土压力大于隧道上方有效土压力,因此隧道在水平方向呈现背离基坑方向位移,同时在竖向呈现隆起;在三轴搅拌桩施工阶段由于TRD起着屏障作用,限制了隧道下土体位移,隧道变形主要表现在水平方向位移;在地下连续墙施工期间,隧道上下两侧有效土压力形成一对平衡力,保证了隧道净空高几乎无变化,而地下连续墙深度较大,卸荷作用较为明显,使得隧道下方土体向槽内移动,导致了隧道产生了微量沉降。(3)通过对基坑开挖引起周边变形进行实测分析发现,地下连续墙水平位移并非均发生于同一方向,累计地下连续墙水平自上而下呈现近似“S”型;垂直于围护结构方向不同距离处地表沉降近似“凹型”变形模式。基坑开挖将引起墙顶产生隆起变形,隆起量会随着开挖深度增加不断增大;不同监测项在不同施工阶段变形增加量不尽相同,只分析围护结构施工或者基坑开挖阶段均较为的片面。(4)在实测值与数值模拟结果基本吻合的基础上,数值分析结果表明,分坑开挖法较平行开挖法能够更加有效的控制基坑开挖对邻近运营隧道变形的影响;最大地表沉降点并不会随着基坑与隧道水平间距变化而变化,最大隧道水平位移随着基坑与隧道水平间距增大减小的速度也不断放缓。因此,在强影响区范围内为控制变形,采用保护措施是一方面,其次也可以控制基坑与隧道距离。
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