﻿ 基坑开挖对地铁隧道及高架基桩的影响分析 Impact of Foundation Pit Excavation upon Metro Tunnel and Viaduct Foundation

Hans Journal of Civil Engineering
Vol.06 No.01(2017), Article ID:19524,11 pages
10.12677/HJCE.2017.61002

Impact of Foundation Pit Excavation upon Metro Tunnel and Viaduct Foundation

Shuaiguang Chen, Benhai Lin

Underground Engineering and Geological Disaster Research Center of Guangzhou University, Guangzhou Guangdong

Received: Dec. 25th, 2016; accepted: Jan. 13th, 2017; published: Jan. 16th, 2017

ABSTRACT

With the development of urban rail transit, which makes lots of foundation pit engineering and metro adjacent structures, the resulting environmental and geotechnical problems have become increasingly prominent, and subway station structure of deformation is extremely strict. Thus, it is necessary to take effective measures to make the foundation pit construction reduce the influence of metro structure. This research in this paper, by means of the field monitoring of a foundation pit construction near changeover portion from elevated structure to underground tunnel of Guangzhou Metro Line 4, using finite element analysis method, researched the foundation pit construction on the influence of metro structure. The result provides valuable reference for design and construction. It is helpful to other similar projects.

Keywords:Foundation Pit Excavation, Metro Tunnel, Viaduct Foundation Pile, Finite Element Method

1. 引言

2. 工程概况

2.1. 工程介绍

2.2. 场地工程地质及水文地质情况

Figure 1. General layout plant

3. 整体三维有限元数值模拟分析

MIDAS GTS三维大型分析软件能够较好的模拟包括塑性、非线性、粘塑性、粘弹性等在内的多种非线性材料，本次分析的计算模型采用德鲁克-普拉格模型，该模型能够较好的模拟包括土体和岩体在内的颗粒材料。为保证计算结果精度及计算分析效率，划分网格前先对各个构件按精度要求进行不同单元尺寸播种，基坑、隧道及高架周围播种较密，最外土层播种稍疏，然后再采用四面体网格和以六面体为中心的混合网格对模型单元进行划分。

1) 根据国标《城市轨道交通结构安全保护技术规范》 [8] ，基坑施工引起的地铁隧道结构绝对位移量预警值为10 mm，控制值为20 mm。本基坑施工引起的地铁隧道结构的总位移为2.138 mm，小于《规范》预警值10 mm，因此，基坑施工引起的地铁隧道结构位移小于地铁保护的规范限制要求，地铁隧道结构是安全的。

Table 1. Material parameters of rock and soil layer and the structures

Table 2. Subway tunnel structure and viaduct pile of the maximal displacement change of foundation pit supporting structure (mm)

Figure 6. The whole 3D finite element model

Figure 7. The finite element 3D axis side view of retaining and protection structure for excavations, the subway tunnel and metro viaduct

Figure 8. The finite element 3D axis top view of the relation between retaining and protection structure for excavations, the subway tunnel and metro viaduct

Figure 9. Comparison of horizontal displacement and monitoring results of support structure during excavation

2) 当基坑逐步开挖到底时，高架基桩因基坑支护结构的侧移和坑底土体的隆起，发生了向基坑内最大为2.042 mm的位移量；高架基桩随着坑边土体向坑内移动，发生了最大为0.308 mm的沉降量，高架基桩的总位移量为2.434 mm；高架基桩的沉降差为0.221 mm < 0.005lo = 13 mm (lo为相邻桩间的距离，其值为2.6 m)，在《规范》允许值以内。

4. 结语

1) 靠近高架、隧道侧的基坑支护结构随着基坑开挖至基坑底时，发生了向基坑内侧42.33 mm的位移，高架基桩也因支护结构的侧移和坑底土体的隆起，产生了一定的位移。

2) 基坑开挖对邻近的地铁隧道有明显的影响。基坑开挖卸载使土体发生变位，带动土体中的隧道发生明显位移，由于隧道结构相对土体的刚度较大，隧道结构发生了2.138 mm的位移。

3) 基坑工程施工应遵循分区、分块、分层、对称、限时原则，必要时可在地铁结构变形较大区域范围适当反压，抑制支护结构位移。

4) 基坑开挖到底时，地铁隧道的水平位移和竖向位移最大。因此，在基坑开挖到底后，应及时浇筑地下室底板，避免基坑底长时间暴露。必要时底板混凝土浇筑可掺入适量的速凝剂。

5) 鉴于基坑施工过程及场地的复杂性，地铁结构变形与支护结构侧移息息相关，为确保隧道、高架基桩及基坑的变形在控制范围内，建议加强靠地铁侧的基坑的水平及测斜的监测工作。

Impact of Foundation Pit Excavation upon Metro Tunnel and Viaduct Foundation[J]. 土木工程, 2017, 06(01): 10-20. http://dx.doi.org/10.12677/HJCE.2017.61002

1. 1. 王卫东, 吴江斌, 翁其平. 基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟[J]. 岩土力学, 2004, 25(z2): 251-255.

2. 2. 刘庭金. 深基坑施工对地铁盾构隧道的影响分析[J]. 现代隧道技术, 2008(S1): 216-220.

3. 3. 赵志强, 张冬梅. 临近基坑开挖对地铁区间隧道影响评价[J]. 地下空间与工程学报, 2011, 7(5): 1040-1046.

4. 4. 唐仁, 林本海. 基坑工程施工对邻近地铁盾构隧道的影响分析[J]. 地下空间与工程学报, 2014, 10(s1): 1629- 1634.

5. 5. 丁勇春, 王建华. 深基坑施工对高架基础的变形影响及控制研究[J]. 土木工程学报, 2012(7): 155-161.

6. 6. 李龙剑, 杨宏伟, 李政林, 蔡永昌. 基坑开挖对邻近桥梁桩基的影响分析[J]. 地下空间与工程学报, 2011, 7(s2): 1697-1701.

7. 7. 庄子帆. 基坑卸载对临近高架桥墩影响分析[J]. 中国市政工程, 2016(3): 58-62.

8. 8. 中华人民共和国住房和城乡建设部. CJJ/T202-2013城市轨道交通结构安全保护技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.