基坑开挖对既有地下隧道影响的数值分析

摘要

地铁作为现代城市的交通主要干线，其安全性非常重要，但随着城市建设发展的需要，地铁隧道在其使用阶段不可避免地会受到各种工程活动影响。附近建筑基坑的开挖，常常会出现基坑工程骑跨于已运行地铁区间隧道之上这一问题。基坑开挖会使坑底隧道产生显著的位移与变形，且由于基坑开挖的空间效应，位于坑底不同位置的隧道在开挖过程中会产生不同的反应。
　　 本文以天津交通枢纽工程综合配套楼基坑工程为背景，考虑土体与地下连续墙、土体与衬砌结构的相互作用等因素，利用有限元软件ABAQUS建立多个三维有限元模型，以隧道相对基坑水平位置、隧道埋深作为变量，建立对比模型，以明确这些变量对隧道变形的影响。在变形规律研究的基础上，对几种隧道加固方案进行有限元分析，最终将隧道的变形控制在允许范围内。本文还在隧道开挖三维有限元模型的基础上，对隧道轴向弯矩、剪力及隧道纵向连接螺栓强度等情况进行了分析，得到了一些有益的结果，为解决基坑工程骑跨于已运行地铁区间隧道之上这一新问题，提供了可靠的依据。

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2基坑坑底回弹研究现状

1.2.1坑底回弹的空间效应

1.2.2坑底回弹的时间效应

1.3隧道相关课题研究现状

1.3.1地铁隧道开挖引起地层变位的研究现状

1.3.2隧道-土-桩基共同作用机理的研究现状

1.3.3隧道开挖施工力学研究方法发展现状

1.4相关经验及工程实例

1.4.1上海广场基坑工程

1.4.2天津交通枢纽工程综合配套楼基坑工程

1.5本文研究目的与内容

第二章基坑开挖模拟的有限元理论

2.1有限元基本理论

2.1.1有限单元法的发展概况

2.1.2有限单元法的基本原理和基本步骤

2.1.3空间8节点等参数单元

2.2非线性材料的本构模型

2.2.1剑桥模型

2.2.2修正剑桥模型

第三章基坑开挖的有限元分析

3.1基坑开挖对隧道径向变形影响的研究

3.1.1模型工况简介

3.1.2结果分析

3.2基坑开挖对隧道轴向变形影响的研究

3.2.1模型工况简介

3.2.2结果分析

第四章坑底加固对隧道影响数值分析

4.1坑底加固

4.1.1土体加固的设计形式

4.1.2加固工艺的特点及应用条件

4.2隧道两侧打桩

4.3加固方案

4.4结果分析

第五章结论与建议

参考文献

致 谢