基坑施工对临近地铁隧道衬砌结构的影响及控制措施

摘要

随着城市现代化的高速发展，在城市中建设了大量的地铁以方便居民的通行，同时地铁周边的房地产的快速发展导致在既有地铁隧道周边出现大量的基坑工程，其中在既有地铁隧道侧方进行基坑开挖是非常常见的一种作业形式。侧方的基坑开挖使得既有地铁隧道周边应力场和位移场发生较大变化，产生二次应力应变，加之地层本身的复杂性，施工过程中极易引起隧道结构产生过大的位移甚至开裂病害。　　本文以某市地铁盾构隧道侧方的基坑工程为背景，采用ANSYS建立数值计算模型，研究基坑开挖对侧方地铁盾构隧道的开裂影响，主要研究内容为以下三个方面：　　（1）基于有限元法进行模拟来分析基坑开挖全过程对侧方盾构隧道的开裂影响，主要分析基坑开挖前后隧道结构轴力和弯矩的变化，以此为依据计算隧道结构的最大拉应力，求出隧道结构发生开裂的部位为拱顶、拱底和靠近基坑侧拱腰，这与该工程的实际监测数据基本吻合，得出基坑开挖引起的弯矩突增87％是隧道结构发生开裂的主要原因。　　（2）对侧方地铁盾构隧道结构发生开裂的影响因素进行分析，并系统地研究了土质参数、基坑开挖宽度、基坑与隧道水平净距和基坑深度的影响，研究了各影响因素对隧道结构三处开裂部位的最大拉应力影响规律。　　（3）总结归纳基坑工程引起隧道结构发生位移及开裂的控制措施，重点对注浆加固和钢板加固在实际工程中的应用进行总结并归纳两种方法的适用情况。以本工程为背景对隧道周围土体注浆加固法的效果进行评价，当加固区土体弹性模量为240MPa时，隧道结构产生的最大拉应力为2.6MPa，隧道结构满足不开裂破坏的要求，同时分析了注浆加固范围对注浆效果的影响，结果表明注浆加固可以有效的降低隧道结构所受弯矩，当加固范围由0.8m提高至1.2m时，隧道衬砌结构最大弯矩值降低了13.1％，最大拉应力值降低了16.8％，注浆加固范围对注浆效果影响较大。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的问题

1.4 本文主要研究内容和方法

2 隧道与地下结构有限元分析理论

2.1 有限元原理

2.2 地下工程非线性有限元解析

2.3 基坑开挖有限元

2.4 混凝土本构模型

2.5 本章小结

3 基坑开挖对既有地铁隧道开裂影响

3.1 工程概况

3.2 ANSYS有限元法简介

3.3 基坑开挖对既有地铁隧道的开裂影响数值模型的建立

3.4 本章小结

4 隧道结构开裂影响因素分析

4.1 引言

4.2 土体弹性模量的影响

4.3 基坑宽度的影响

4.4 隧道与基坑的水平净距的影响

4.5 基坑深度的影响

4.6 本章小结

5 隧道结构开裂的控制分析

5.1 钢板加固的工程应用

5.2 注浆加固

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究

致谢