基坑卸荷引起下卧盾构隧道变形影响及控制措施效果对比研究

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目前由于城市地下空间的不断开发,既有下卧盾构隧道面临的安全风险越来越大,上方的基坑工程施工难免会对其产生一定的影响。因此不仅要满足基坑自身的稳定性要求,还要重点关注管片结构的变形,防止开裂破坏的风险。尤其对于变形敏感的软土地区,准确的预测基坑卸荷引起盾构隧道的附加内力与变形以及分析不同工程措施控制变形的效果具有很大的现实意义。针对这一问题,采用理论解析及数值模拟的方法开展了以下工作:(1)在基坑卸荷作用下,综合分析了坑底不完全卸荷和围护结构对基坑四周土体卸荷应力释放的影响,应用Mindlin基本解以及Pasternak模型,建立了隧道挠曲线微分方程。通过有限差分法及Matlab编程得到隧道各梁段的位移及内力,与有限元案例及实际工程监测的结果比较,验证了方法的可靠性并分析了影响隧道变形的敏感因素。(2)采用修正莫尔-库仑(硬化土)本构,建立了地层与基坑支护体系、隧道结构之间相互作用的三维有限元模型,可以对土体的加卸荷模量分别定义,同时反映土体剪切与压缩双重硬化的行为。分析由基坑开挖引起的坑外地表位移、围护结构水平侧移及隧道纵向变形等,并将模型计算结果与经验曲线、工程监测数据对比。结论表明,修正莫尔-库仑模型适用于在软土地区分析基坑开挖对隧道影响的问题,可为类似的工程提供模型基础。(3)依托珠海横琴十字门南岸基坑工程,通过39个有限元模型进一步研究了在土体加固、设置抗拔桩、堆载反压不同工程措施下,隧道隆起变形的规律及控制效果。结果表明,基坑底部及坑外土体加固后加强了与围护结构之间的联系,使得围护结构承受了更多的土体卸荷应力,从而抑制了坑底回弹以及隧道的隆起变形;对隧道两侧加固能够增大地基刚度,减小隧道的水平位移;设置抗拔桩可利用桩侧摩阻力来限制土体变形,应根据不同的地质条件与隧道变形要求选用合适的桩长和桩间距;堆载反压可以有效控制开挖后期隧道隆起变形的增加。
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