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山东农业大学农学本科学历,高级农艺师。

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基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响-地铁与轻轨期末论文

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内容提示: 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 —— 地铁与轻轨期末论文 专业: 2015-5-5 目 目 录 摘要 ............................................................................................................................... 1 关键词 ........................................................................................................................... 1 0 前言 .............................................................................................................................

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基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 —— 地铁与轻轨期末论文 专业: 2015-5-5 目 目 录 摘要 ............................................................................................................................... 1 关键词 ........................................................................................................................... 1 0 前言 ........................................................................................................................... 1 1 地铁工程控制标准与保护技术现状 ....................................................................... 1 2 原型案例分析 ........................................................................................................... 2 3 隧道变形的基本规律分析 ....................................................................................... 5 4 结论 ........................................................................................................................... 8 参考文献 ....................................................................................................................... 9 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 1 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 摘要: :本文选取基坑开挖对邻近地铁隧道变形影响的已有工程原例进行分析,归纳了基坑开挖对邻近隧道沉降、水平位移及收敛变形的影响因素,结果显示:邻近隧道在基坑开挖的影响下产生的沉降和水平位移均较大;隧道横断面的收敛情况表现为横鸭蛋形。河南快3_[官网入口]引起隧道变形的主要因素有基坑与隧道的水平距离和垂直距离、开挖的时空效应等,其中基坑与隧道之间的相对距离对隧道变形的影响较大。本文成果可为类似工程在基坑施过程工提供有利的参考和借鉴。 关键词 :基坑开挖;地铁隧道;变形影响;建议 0 前言 随着我国国民经济的快速发展,城市规模不断扩大,城镇化进程也逐步加快。但是过多的城市人口和城市用地的多样化发展使得人们对城市空间的需求越来越大。所以,有效利用城市地下空间资源已成为一个必然的选择。河南快3_[官网入口]为了满足城市发展对现代化交通体系的迫切需求,优先发展地下轨道交通是主要的方向。随着大城市轨道交通的不断发展,使得越来越多的基坑工程在既有地铁隧道附近或上方施工,由此所带来的影响也是不容忽视的。基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响主要表现为隧道的沉降、水平位移和收敛,这些变形会对地铁的运营使用造成影响,严重时会危害到隧道的安全。因此,为了保证已建地铁的正常安全地使用,在工程中,诸如基坑开挖一类的施工引起的变形是严格控制的。所以,进行基坑开挖对邻近地铁隧道变形影响的研究,可为邻近基坑开挖影响下的既有地铁隧道在安全控制标准与保护措施积累工程经验,对我国城市地下空间的利用与发展有着重要的工程意义。河南快3_[官网入口] 本文以工程原例为基础,通过基坑开挖对邻近地铁隧道引发变形的结果进行整合分析,从隧道的沉降、水平位移和收敛变形三方面探讨基坑开挖对邻近地铁隧道的影响。 1 地铁工程控制标准与保护技术现状 当前我国的地铁建设正在迅猛发展,并已成为世界上最大的地铁建设市场。河南快3_[官网入口]但由于地铁建设风险高、难度大、安全影响因素多,近几年地铁安全事故频发。 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 2 随着地铁建设的不断发展,我国在地铁和轨道交通领域已编制一些相关的安全控制和评价技术标准,如《地铁运营安全评价标准》(GB /T 50438—2007)、《地铁工程施工安全评价标准》(GB 50715—2011)、《城市轨道交通安全验收评价细则》(AQ 8005—2007)及《城市轨道交通安全预评价细则》(AQ 8004—2007)等,这些标准在一定程度上保障了地铁及轨道交通的安全,但目前扔没有专门针对地下空间开发对临近地铁影响的评价标准,特别是没有地下空间开发引起在已建地铁隧道变形的控制标准,仅上海市 1994 年颁布《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》,其中规定了临近地铁的施工对不同曲率半径地铁隧道沉降量及水平位移等指标的限值。 关于基坑开挖对地铁隧道变形的影响,主要关心的问题有:既有地铁结构允许的最大变形量(沉降、水平位移、收敛等)和最大变形速率。由于岩土工程和地铁结构本身的复杂性,不同施工方法和顺序引起地铁结构的内力分布和大小也不同,因此建立统一的控制标准和规范难度很大,应该针对不同施工方法和地质条件,采用分类、分步和分级的原则制定相应的控制标准。 2 原 原 型案例分析 本文为了研究基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响因素,从以往文献中搜索整理了一些已有工程原例,并从基坑概况、隧道的位置、隧道所在土层、基坑围护结构、加固、挖土情况等方面进行总结分析,详见表 1(取自网络数据)。 表 1 临近基坑开挖对已有隧道的影响实例汇总 编号 工程名称 基坑概况 隧道位置 隧道所在土层 围护结构 [1] 太 平 洋 广场2期开挖对 邻 近 地铁 1 号线 的影响 塔楼区及襄阳北路一侧挖深近 11m;周边裙房开挖近 9m,地面绝对标 高 为-0.6m 隧道距离基坑的水平距离 最 近 处 3.8m。隧道顶标高位于坑 底 下 2m处 ④层灰色淤泥 质粘土; ⑤层粘土 围 护 结 构 为 宽600~800mm、深 18~20m 地下连续墙,北侧采用钻孔灌注桩(=1000mm。l= 18m),桩后两排搅拌桩止水。两道混凝土支撑,绝对标高分别为- 2.4m,-7.0m。局部采用双肢钢管支撑 [2] 某 基 坑 开挖 对 临 近地铁2号线的影响 基坑深度14.14m,地 面绝对标高为-0.2m 上行线隧道距基22~26m下行线距基坑 7~11m。基坑东南角④层淤泥质粘土 采用地下连续墙,在南京路一侧,连续墙深 33m、厚1m,其余部分深 31m、厚0.8m。内设三道支撑,其绝对标高分别为-1.95m、-7m、 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 3 距 离 基 坑2~3m。下行线隧道顶标高位于坑底上 5.1m -11.5m [3] 上 海 广 场基坑(北坑)开 挖 对 临近 地 铁 1 号 线 的 影响 基坑挖深 15.1~16m,地面绝对标 高+3.6m 中隔墙与地铁下行隧道仅 相 距2.8~5m, 隧 道顶标高位于北坑坑底上 0.7m ③层淤泥质粉质粘土; ④层淤泥质粘土; ⑤层粉质粘土 北坑采用厚 800mm 的地下连续墙,深 25.2m,四道钢筋砼支撑,其绝对标高分 别为+1.8m、-1.3m、-4.7m、 -8.5m;连续墙外侧采用直径为 850mm 灌注桩,长度 25m [4] 上 海 香 港广 场 深 基坑 开 挖 对邻近地铁 1号 线 上 行 线 的 影 响(黄陂南路站) 南北长约80m 东西 长约 70m,面 积 约5800m 2 主楼基坑挖深 14m,群楼 12.6m 基坑北面(沿淮海路)临近 地铁,最近3.8m,最远8m。隧道顶标高未知 隧道位于④层淤泥质粘土中(估计) 800mm 厚的地下连续墙,五道钢筋砼支撑,其标高分别为-0.6m、-3.5m、-6.4m、 -9.5m、-13.1m。河南快3_[官网入口]平面上基坑采用边框架支撑,斜撑为主 [5] 地铁2号线人 民 公 园站基 坑开挖 对 邻 近地铁1号线的影响 基 坑 宽37.6m,开挖 深 度22.12m,地 面绝对标高 为 ± 0. 0m 1 号线隧道 与基坑最近相距 10.7m,隧道顶标高距离坑底约16.4m ③层淤泥质粉质粘土; ④层淤泥质粘 土; ⑤层粉质粘土 采用两明一暗半逆作法施工。800mm 厚地下连续墙,深度 40m。六道角撑,其标 高分别为:-0.52m、-4.85m、 -8.47m、-11.47m、-17.07m、-19.5m [6] 某 基 坑 对邻 近 地 铁 8 号线的影响 基坑开挖深度分别 为 6.45m、4.95m 及 3.5m。地面绝对标高+4. 3m 8 号线区间隧 道 距 离 基 坑 边 缘11.5m。隧道顶埋深 10m ③层淤泥质粉质粘土; ④层淤泥质粘土 基 坑 地 铁 侧 采 用700@1000mm 钻 孔 灌 注桩,桩底埋深 13m,一道水平支撑,其标高为-2m (相对于±0.0) [7] 上 海 航 空 枢 纽 交 通 中 心 基 坑开 挖 对 邻 近 轨 道 (磁浮)的影响 基坑开挖面积 6.6×10 4 m 2 东西长 600m,南北长约110m。开挖 深 度6.72m 距离轨道交通车站轴线20m 采用厚 800mm 的地下连续墙围护结构,结构梁代替临时支撑(一道水平支撑系统) [8] 上 海 宏 嘉 大 厦 基 坑基坑总面积 约 4 号线上行 线距离本基③层淤泥质粉质粘土; 塔楼部分用 800mm 厚的 地下连续墙,地下车库部分 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 4 开 挖 对 邻近地铁4号线的影响 7548m 2 。开挖深度塔楼区为 10.25m;地下 车 库9.45m。地面 标 高 - 0.7m 坑外边墙最近 距 离 为9.89m。隧道的顶覆土深度为 11m ④层淤泥质粘土 采用 600mm 厚地下连续墙。两道钢筋混凝土水平支撑,其标高分别为-2.15m、-6.9m [9] 上 海 新 世 界 大 厦 基 坑 开 挖 对邻 近 地 铁 1 号线的影响 基坑工程 量 16429m 2 。 临近地铁侧南坑坑底标高 为-15.725m 隧道距离基坑最近处 3m, 隧道深 11m。 隧道顶位于坑 底 上 约4.7m ③层淤泥质粉质粘土; ④层淤泥质粘土 1m 厚 地 下 连 续 墙 深 度32.45m,四道网格形支撑。第一道 1000mm×800mm钢筋砼支撑, 二、 三、 四 道均为 609mm×16mm 双拼钢管支撑。支撑的标高分别 为 -1.75m 、 -6.45m 、-9.95m、-13.025m 续表 1 临近基坑开挖对已有隧道的影响实例汇总 编号 加固情况 挖土 隧道变形情况 收敛变形 [1] 1.水泥搅拌桩满堂加固,深度为 5m; 2.地铁隧道侧加固宽度达10m 水泥掺量为 15%,基底以上为 8%; 3.深层搅拌桩加固区与地墙的缝隙处进行了压密注浆 先中间后四周的盆式挖土,做到“分层、分区、分块、对称、平衡、限时”挖土支撑。地铁侧开挖留土宽度不小于 4 倍层深,单块土体的 挖 土 支 撑 控 制 在16~24h 沉降情况:基坑施工 期 累 计 沉 降6mm。地面结构施工:累计沉降达到9mm。 相 应水平位 移 : 上 行 线7.5mm、9.5mm、下行线 7mm、8mm 隧道管片收敛向基坑卸土方向拉伸速率最大可达0.3mm / d [2] 基坑南侧(靠近地铁侧) 坑 底 以 下 采 用 宽 度 为6.2m、加固深度为坑底下5m 旋喷桩加固,水泥浆掺量为 13%,坑底以上搅拌桩加固,水泥掺量为8% 盆式开挖,按照对称、平衡的原则,即在中间土方开挖形成支撑后,两边土方在规定的时间内同时开挖并接通至地下墙 沉降:上行线8mm,下行线 10mm;水平位移(坑内移动):上行线 4mm,下行线 10mm 呈横鸭蛋状,水平向伸 长7.3mm,竖 直向缩短21. 2mm [3] 1.北坑高压旋喷加固,加固范围:靠近中隔墙坑底以上 8m 至坑底下 5m 阶梯段加固; 2.隧道两侧两条格栅 为2. 2m,厚 1. 5m 按“由东向西、先北后南”原则开挖,自东向西分 3 次,完成浇筑。土方按 “3 区 5 块”分期搭接开挖 沉降:下行线5mm;上行线 7.5mm。水平 位 移 :下 行 线13mm , 上 行 线10mm 呈横鸭蛋状。水平方向 伸长最大 量 为 22.5mm [4] 在基坑内四周采用深层搅拌桩加固,深至基坑底先支撑后开挖,分层分区开挖原则,待第一道最大沉降6. 07mm,(第四道支撑时),底 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 5 下 5m,加固宽度为 8m。采用深井井点降水 支撑达到 70% 的强度后,基坑平面分 6 小块对称开挖。以下类推 板浇注后沉降变 为 4.2mm。最大水平位移为 8mm [5] 按照时空效应原理,采用分层分块开挖,共分6 块开挖出现较大的纵向不均匀 沉降,环缝张开,最大沉降 10mm,连续墙的最大水平位移 60mm [6] 围 护 外 围 采 用 4 排 700SMW 工法搅拌桩作止 水 帷 幕 , 桩 底 埋 深13m。地铁侧基坑设裙边式整体加固 按照时空效应原理,采用分层分块开挖 隧道发生5.3mm的位移 [7] 车 站 结 构 沉 降5.3mm;轨道结构沉降-1.3mm [8] 1.近 地 铁 侧 坑 内 采 用 650@450mm 水泥土搅拌桩加固,宽 6.05m,深 度第二道支撑底部至坑底以下 6.5m; 2.地铁侧坑内加固与槽壁间用 800@1000mm 高压旋喷桩,其余位置采用压密注浆 按照“分层、分块、对称、限时”的要求,采用抽条式间隔挖土,分块开挖时每块 边长不大于 20 m 最大侧向位移为4..9mm。竖向位移 为-8.4mm(有限元结果) [9] 坑底不同标高处采用高压旋喷桩三重管注浆法分层加固。厚度分别 为3.0m 和 2.6m。注浆体直 径大于等于 1.2m,桩体搭接大于 400mm 隧道产生 8mm 的沉降 3 隧道变形的基本规律分析 3. 1 影响隧道变形的主要因素 (1)基坑与隧道的水平距离对隧道变形的影响 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 6 从图 1 可以看出,基坑开挖对隧道的水平位移产生较大的影响。隧道的水平位移变形和基坑与隧道之间的距离成幂函数递减关系,即随着距离增加而变形减小。由图中看出,水平距离小于 4m 时,最大的水平位移可达到 15mm。 从图 2 也可看出,隧道的沉降变形与基坑与隧道之间的距离成幂函数递减关系。当水平距离小于 4m 时,最大沉降为 10mm。 另外两个图结合起来,我们可以发现,基坑开挖对邻近隧道的水平位移、沉降均产生较大的影响,尤其在近距离范围内(如 4m 内) 这种影响尤为显著。 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 7 从图 3 中可以看出,基坑与隧道的水平距离对隧道的收敛变形也产生一定的影响。隧道与基坑之间的距离越小,隧道断面各弦长(如 AB、CD 等)的伸长率越大,即随着水平距离的增大,对隧道收敛的影响随之减弱。在近距离范围内,对隧道断面收敛的影响尤为显著。 (2)隧道顶部与基坑底部之间的高差对隧道的影响 取在隧道与基坑的水平距离于4m以内时,此时的隧道位于基坑坑底的上部,从图 4 中看出,隧道顶标高与基坑底的高差与隧道产生的沉降变形成递增的关 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 8 系。但是,图 4 中[3]、[7]的数据不符合此规律,这是因为前面分析可知,地铁隧道的沉降并不仅仅与地铁与基坑高差有关,而且还与基坑与隧道之间的距离有关,这是两个变量影响的结果。 (3) 基坑的时空效应对邻近地铁隧道的影响 基坑的时空效应对邻近地铁隧道变形的影响是非常明显的。文献[5]给出了正常施工及开挖后基坑暴露24h后引起邻近隧道沉降变化的曲线,如图5所示。从图 5 中看出在进行到第 4 个工况时,由于基坑暴露的时间过长,导致隧道比正常施工产生了近 1mm 的沉降变形。 3. 2 隧道变形的基本规律 (1)基坑开挖对邻近隧道变形的影响主要表现为较大的沉降和水平位移。 (2)不论隧道顶部与基坑底部之间的高差正负,当隧道与基坑的水平距离于4m 以内时,隧道均产生较大的侧向位移。 (3)当隧道与基坑之间距离在 4m 以内时,当隧道顶标高高于基坑底标高时,隧道的沉降变形随两者高差的增加而逐渐增大。 (4) 隧道横断面的收敛情况表现为:横鸭蛋形。 4 结论 由于近几年城市地下空间的快速开发,基坑开挖施工所导致的工程事故也逐年增加。因此,研究基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响和安全控制措施变得十分重要,本文在总结现阶段我国地铁工程控制标准与保护技术基础上,搜集了一些工程原例,对比分析基坑开挖对地铁隧道变形的影响,为进一步保障在基坑开挖过程中邻近隧道的安全以及为今后类似的工程施工提供参考,提出如下建议: 基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响 9 (1)由于岩土工程和地铁结构本身的复杂性,应针对不同施工方法和地质条件,采用分类、分步和分级的原则制定相应控制标准。 (2)对于基坑的开挖和支撑的施工,为了更好地控制基坑的位移,要求基坑不可超挖。 (3)基坑围护结构的水平位移及坑底隆起不仅对基坑本身有重要影响,同时,其对于邻近地铁隧道区间结构的水平位移与隆起位移也有重大影响。因此,在基坑的开挖过程中,要加强对邻近隧道结构的监测,保证其位移在一个允许的范围内,同时根据监测信息及时调整基坑支护结构的施工步骤和方案。 (4)基坑工程施工应遵循分区、分块、分层、对称、限时原则,并且在基坑靠近地铁隧道区间侧采取留(堆)土反压控制方案,以提高基坑内侧土体对围护结构的侧向约束作用。 (5)基坑开挖过程中会引起地下水位发生一定的变化,由于地下水位的变化对隧道结构的水平位移影响较大,因此在基坑开挖过程中也必须加强对邻近地下水水位的监测。 参考文献 [1]孔令荣,崔永高,隋海波.基坑开挖对邻近地铁变形的影响分析[J].工程勘察,2010,6:15~20. [2]胡海英,张玉成,杨光华,钟志辉,陈富强.基坑开挖对既有地铁隧道影响的实测及数值分析[J].岩土工程学报,2014,36(增 2):431~439. [3]韩映忠,邓继键,唐 仁.基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响分析[J].广州大学学报,2014(13):61~66. [4] 林 秋 明 . 深 基 坑 对 既 有 地 铁 隧 道 的 变 形 影 响 [J]. 低 温 建 筑 技术,2014(7):108~110. [5]戚科骏,王旭东,常根生,陈亚东.邻近地铁隧道的深基坑开挖分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(增 2):5485~5489.

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