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运用Midas GTS有限元模拟软件,对某临近地铁隧道深基坑工程施工过程进行模拟分析。考虑到实际施工过程中可能产生的坑边堆载作用,模拟分析了堆载作用对深基坑开挖中围护体与临近隧道的变形与内力的影响,结果表明:随着坑边堆载的增加,地连墙的水平位移与弯矩都在增加,堆载为40 kN/m时,地连墙最大水平变形会比无堆载时多8. 56%,地连墙最大弯矩会比无堆载时多4. 05%;随着坑边堆载的增加,隧道上部土体会抑制隧道向基坑方向的变形,造成隧道的水平变形略有降低,竖向变形加大,隧道总变形表现为略有降低。研究结果可为相关工程提供参考。
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第
38
卷 第
5
期
安徽理工大学学报
(
自然科学版
) Vol. 38 No. 5
2018
年
9
月
Journal of Anhui University of Science and Technology( Natural Science)
Sep. 2018
堆载作用对临近隧道深基坑开挖的影响
王 强
,
钱 程
,
崔
进杨
(
安徽理工大学土木建筑学院
,
安
徽 淮南
232001)
摘 要
:
运
用
Midas GTS
有限元模拟软件
,
对某临近地铁隧道深基坑工程施工过程进行模拟分
析
。
考虑到实际施工过程中可能产生的坑边堆载作用
,
模拟分析了堆载作用对深基坑开挖中
围护体与临近隧道的变形与内力的影响
,
结果表明
:
随着坑边堆载的增加
,
地连墙的水平位移
与弯矩都在增加
,
堆载为
40 kN /m
时
,
地连墙最大水平变形会比无堆载时多
8. 56% ,
地连墙最
大弯矩会比无堆载时多
4. 05% ;
随着坑边堆载的增加
,
隧道上部土体会抑制隧道向基坑方向
的变形
,
造成隧道的水平变形略有降低
,
竖向变形加大
,
隧道总变形表现为略有降低
。
研究结
果可为相关工程提供参考
。
关键词
:
深
基坑开挖
;
围护体
;
地铁隧道
; Midas GTS;
堆载
中
图分类号
: TV473
文献标志码
: A
文章编号
:
1672 - 1098( 2018) 05 - 0013 - 07
收
稿日期
: 2018 - 01 - 24
基金项目
:
中国博士后基金资助项目
( 2014M561806)
;
安徽省博士后基金资助项目
( 2015B046) ;
安
徽省高校自然科学基金资助项目
( KJ2016A831)
作者简介
:
王强
( 1978 - )
,
男
,
河
北定州人
,
副教授
,
博士
,
硕士生导师
,
研究方向
:
岩土工程方面的教学和科研
。
Influence of Surcharge Loads on the Excavation of
Deep Foundation Pit Near the Tunnel
WANG Qiang,QIAN Cheng,CUI Jin - yang
( School of Civil Engineering and Architecture,Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui 232001,China)
Abstract: Through the Midas GTS finite element simulation software,simulation analysis was carried out for the
construction of a deep foundation pit near the subway tunnel. Taking into account the possible effect of surcharge
loads on the side of the pit during the actual construction process,the influence of surcharge loading on the de-
formation and internal force were analyzed in the excavation of deep foundation pit and the adjacent tunnel enclo-
sing. The results show that the horizontal displacement and bending moment of the diaphragm wall were increas-
ing with the increase of surcharge loads on the side of the pit. When the surcharge loads was 40kN /m,the maxi-
mum horizontal deformation of the underground continuous wall will be 8. 56% more than that without the sur-
charge loads,and the maximum bending moment of the underground continuous wall was 4. 05% more than that
without the surcharge loads. With the increase of surcharge loads ,upper soil mass of tunnel would inhibit the de-
formation of the tunnel to the direction of the foundation pit,with the horizontal deformation of the tunnel being
slightly reduced,vertical deformation being enlarged ,and the total deformation of the tunnel being slightly re-
duced. The results of this study can provide reference for relevant engineering.
Key words:
foundation excavation; enclosure; subway tunnel; foundation pit monitoring; Midas GTS; surcharge loads
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基坑开挖会对土体产生扰动
,
打破土体原有应
力
的平衡
,
引起土体应力的重新分布
[1 - 2]
,
基
坑工
程多是对围护体强度与稳定性的设计
,
但基坑事故
发生的原因多是基坑施工的不当有关
,
如基坑坑边
的堆载
。
施工现场的实际情况
,
如基坑边的运输
车
、
堆积的钢筋都会产生基坑堆载
,
若没及时的处
理这些临时堆载
,
可能会导致基坑围护体的破坏甚
至失效
,
造成基坑的坍塌
。
进行堆载作用对深基坑
开挖的影响分析是很有必要的
,
理论研究
、
数值模
拟
、
工程实例现场实测都可用来计算预测堆载的作
用
。
文献
[3]
以
Boussinesq
解与圆弧滑动法
,
提出
了一种考虑地面局部荷载的基坑抗隆起安全系数
计算方法
;
文献
[4]
给出了基坑堆载对基坑围护结
构侧压力的影响的计算方法与计算公式
;
文献
[5]
运用
PLAXIS
有限元软件对不平衡堆载作用下基
坑工程的开挖过程进行了模拟
,
分析了不同阶段基
坑围护体的位移
、
弯矩
、
轴力的差异并得出一定的
规律
;
文献
[6]
运用
PLAXIS 3D Foundation
模拟软
件
,
对相邻基坑间堆载情况下基坑变形规律进行研
究
,
发现了基坑底隆和周边地面沉降存在的规律
,
并以实际工程加以验证
;
文献
[7]
以试件工程为背
景对偏压基坑围护体的位移
、
内力进行实测详细分
析
,
并对围护体的稳定性进行评价
;
文献
[8 - 13]
使用模拟软件来分析不平衡堆载
、
超挖深度
、
施工
工序对基坑开挖工程的影响
。
文献
[14]
针对隧
道穿越软弱破碎围岩时出现塌方破坏问题
,
采取
模型试验和数值模拟相结合的方法
,
得出拱腰以
下岩体往往因应力集中程度较高而率先剪切破坏
。
文献
[15]
采用颗粒离散单元法模拟了不同开挖
方法和加固措施对围岩稳定和变形的影响
,
得出
隧道拱肩和拱脚应力集中处水平位移较大
。
本文以实际工程为背景
,
采用软件模拟基坑开
挖过程
,
分析堆载作用对深基坑开挖中围护体与临
近隧道变形
、
内力的影响
[16]
,
为相关工程提供参考
。
1
工
程概况
本
基坑工程占地约
13 800m
2
,
坑
底 周 长约
470m。
工程主体建筑由主楼
、
附楼
、
裙楼组成
。
主
楼基础采用桩基加厚板形式
,
底板厚
4m,
附楼基础
采用桩基加独立承台形式
,
底板厚
1. 5m,
基础的桩
基为人 工 挖 孔 桩
。
主楼区域基坑开挖深度为
23. 50m,
附楼与裙楼区域基坑开挖深度为
21. 00m,
开挖土石方十分巨大
。
1. 1
周边环境概况
基坑工程位于市区
,
环境很复杂
。
基坑四边环
路
,
周边道路下市政管线众多
,
如路灯电缆
、
电信线
缆与上下水管等
。
且与敏感建
、
构筑物相邻
,
基坑
东侧道路下建有地铁隧道
,
地铁隧道采用矿山法施
工
,
邻近基坑侧隧道为地铁停车线段
。
地铁隧道主
体衬砌结构距离基坑约
5. 0m,
周边超前支护锚杆
外端距离基坑约
2. 0m。
地铁隧道底部埋深最深约
20m。
隧道衬砌断面穿越强风化安山岩和残积土
。
地铁主管部门要求
,
紫峰大厦基坑工程施工对地铁
结构造成的附加变形影响不得大于
15mm。
典型
地铁隧道断面图如图
1
所示
,
初次支护为
C20
喷射
混凝土
、S6,
二次支护为
C30
建筑钢筋混凝土
、S8。
锚杆布设形式为
:
Ф
25
中空锚杆
,
梅花型布置环
、
纵
向间距
1. 0m,L = 3. 0m。
41
安徽理工大学学报
(
自然科学版
)
第
38
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