基坑工程对周边建筑物影响的数值分析

基坑开挖及降水引起周围地面不均匀沉降并导致周围建筑物倾斜、开裂等问题，一直以来都受到人们的关注。在总结当前地面沉降计算方法的基础上，结合具体工程实例采用弹塑性有限单元法模拟基坑支护、降水以及开挖步骤，分析其对周围地面沉降及建筑物的影响。计算分析结果表明，施工支护条件对支护结构周围土体影响较大，考虑降水和不考虑降水计算结果相差20 mm左右，表明抽水引起的变形较大，最后提出了减少沉降的主要措施。     

基于Peck公式的双线盾构引起的土体沉降预测

基于Peck公式,对双线水平平行盾构隧道施工中土体损失引起的三维土体沉降计算方法进行研究。考虑先行隧道施工对后行隧道的影响和两条隧道开挖面的不同位置,建立修正的三维Peck公式;通过分别计算先行盾构隧道和后行盾构隧道施工引起的土体沉降,叠加得到双线水平平行盾构施工引起的总的三维土体沉降。算例分析结果表明：预测值与实测值比较吻合;随着两条隧道开挖面前后距离的逼近,地面最大沉降量会逐渐增大;随着土体深度z的增大,沉降略增大、沉降槽宽度则略减小;当两条隧道轴线水平距离L较小时,地面沉降量较大,符合正态分布规律;随着L的增大,最大地面沉降量会逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型。     

盾构施工与邻近不同位置建筑物相互影响分析

在建筑物高度集中的城区,盾构施工会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响。在考虑土体扰动的情况下,采用二维有限元方法,对邻近不同位置建筑物工况下的盾构隧道施工进行了模拟和分析。研究表明,建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降和衬砌的受力与变形,同时隧道开挖也会使邻近建筑物产生附加应力和变形;当隧道轴线与建筑物中心线的水平距离与隧道外径之比L/D = 0.5～2时产生较大的地面沉降,建筑物的首尾沉降差较大,该区域内的建筑物比较危险;衬砌内力值也明显增大,在该区域以外对建筑物影响较小。     

邻近建筑物盾构施工地面沉降数值分析

在建筑物密集的城区,盾构施工使周围一定范围内的既有建筑物受到影响。在考虑建筑物基础形式的不同的情况下,采用二维有限元方法对邻近不同位置建筑物工况下的盾构隧道施工进行了模拟和分析。研究表明,建筑物轴线到隧道轴线的水平距离和建筑物基础形式是影响邻近建筑物工况下隧道开挖引起地面沉降的重要因素,建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降,建筑物对隧道开挖引起的地面沉降的影响存在一个影响范围,超过该范围时建筑物的影响可忽略不计     

地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形

对地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形计算方法进行研究。考虑盾构轴线与水平面的夹角 （即隧道埋深变化）,对林存刚公式进行修正,结合正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆压力和土体损失的共同作用,提出全新的土体垂直变形计算公式。算例分析结果表明：在隧道埋深较浅工况下,新方法计算结果与林存刚公式的计算结果差异较大,新方法计算得到的开挖面前方地面隆起和后方地面沉降均较大;盾构上仰掘进时,随着 增大,由正面附加推力、盾壳摩擦力及土体损失引起的纵向土体垂直变形曲线呈上移趋势,由附加注浆压力引起的纵向土体垂直变形曲线则呈下移趋势;地面沉降最大值变小,但地面横向沉降槽范围逐渐变大。     

砂土中隧道开挖对邻近桩基竖向影响的简化计算方法

基于砂土中隧道开挖引起的土体竖向位移经验公式,分析隧道开挖对邻近桩基础的竖向影响。采用两阶段计算方法,将邻近桩基础视为竖向被动桩,依据砂土中隧道开挖引起地表及地表以下土体产生的沉降槽,考虑桩土相互作用的非线性,得到砂土中隧道开挖对邻近桩基础轴力影响的简化计算方法,并与土工离心试验结果进行对比,验证了该方法的合理性。在研究过程中,分析了隧道覆盖层厚度、隧道直径、隧道与桩之间的距离、隧道土体损失率、桩长、桩径等因素。研究结果表明,桩身轴力随着覆盖层厚度的增加而减小,随隧道直径和土体损失率的增大而增加;隧道与桩之间距离为2.5倍隧道直径时对轴力的影响最大;随着桩长、桩径的增加,桩身轴力逐渐增加。     

盾构施工对不同位置地下管线变形的影响模拟试验研究

基于室内盾构模拟试验,研究管隧垂直、斜交和平行工况下盾构开挖对管线变形的影响。以合肥在建地铁为工程背景,主要对管线的沉降、变形和相对转角等规律进行模拟试验研究。研究结果表明,二次扰动更容易使土体产生沉降,对土体中的地下管线的位移影响更大;隧道在开挖过程中沿隧道轴向的管线变形与沿隧道环向的影响范围不同,隧道开挖对地下管线产生的环向变形影响大于轴向变形影响;隧道开挖使管线下方土压力发生变化,中间段管线下方产生荷载临空区域,土压力逐渐减小,两边缘端产生附加应力逐渐增大。研究成果可为盾构施工对地下管线变形影响的预测提供相应的控制破坏依据。     

黏土中盾构开挖面变形与破坏数值模拟研究

开挖面支护应力的控制是土压平衡式盾构施工成功的关键。利用能够考虑大变形破坏的拉格朗日有限差分计算程序,对土压平衡式盾构在黏土地层施工中,因开挖面支护压力控制不当引起的开挖面的变形及破坏问题进行计算分析,探讨了开挖面变形及破坏模式,分析了开挖引起的周围土体应力释放问题,为黏土地层中盾构开挖面控制压力的确定提供参考。     

连拱隧道施工过程的三维空间效应模拟与分析

采用三维有限元方法动态模拟了连拱隧道的施工过程,并分析和探讨了隧道在开挖过程中围岩变形的时空效应以及左右洞施工的相互影响。分析结果表明,对单洞施工,开挖面对围岩变形的影响范围为其前后方2.5 B（B为隧洞净宽）;考虑右洞开挖,对左洞围岩位移的影响范围分别为开挖面前方（未开挖）2 B和开挖面后方（已开挖）1 B。最后分析了拱顶最大沉降量随开挖面推进的变化和产生的位置以及右洞开挖的影响。     

超大跨车站隧道三维数值模拟分析

乌蒙山2号隧道是改建铁路贵昆线六盘水至沾益段增建2线工程,出口段扒挪块车站伸入隧道内547 m,为4线大跨车站隧道,开挖轮廓最大跨度为24.13 m,为目前亚洲铁路隧道开挖最大跨。为研究此车站隧道设计与施工方案的合理性,采用FLAC3D 三维快速拉格朗日差分方法分析软件对此超大跨车站隧道施工开挖过程进行三维数值模拟计算。通过分析车站隧道开挖过程中围岩和支护结构的2次应力场、变形场和塑性破坏区的变化特征,总结了车站隧道围岩和支护的应力、变形和破坏区的分布特征和变化规律,为推荐施工方法的安全性及临时支护的拆除方案提供理论依据。     

富水粉土基坑装配式可回收支护开挖响应分析

装配式可回收支护结构为地下空间开发提供了一种经济安全、功能协同、可持续发展的新型绿色支护体系。以郑州市某顶管工作井基坑为背景,基于相似比理论开展了缩尺基坑模型试验,并采用ABAQUS建立能够区分支护系统中刚性构件与柔性构件变形差异的三维流固耦合模型,研究降水开挖过程中支护结构受力和变形特性,分析了降水和开挖对基坑变形发展的影响规律。研究表明：降水开挖过程中,支护结构受力及变形整体均小于设计值,但是钢面板在与支撑连接的位置易出现局部屈服现象;支护结构水平位移增量模式随降水施工和开挖施工的情况不同而差异较大,随着基坑降水开挖的进行,影响支护结构变形的主要因素由基坑降水逐渐向基坑开挖转变;基坑降水对地表沉降的影响较基坑开挖更大,第1级降水期间地表沉降快速增长,沉降增量占比最大达44.6%。     

某隧道基坑监测及安全稳定分析

以某隧道RK2＋280～＋300段深基坑支护为例,介绍了桩撑支护监测方案,并对基坑围护结构水平位移及顶部沉降位移、周边建筑物沉降位移、支撑受力监测数据进行了分析整理。论证了桩撑支护在狭长型深基坑的适用性,同时指出了桩撑支护能保证基坑工程开挖及周边施工。     

南京长江江心洲超大直径盾构接收井明挖段 超深基坑降水技术研究

南京长江隧道盾构接收井地处江心洲上,开挖地层以粉细砂层和砾砂层为主,降水施工中成功地克服了强透水地层分布厚、受承压水影响大、基坑开挖深度深、民房离基坑边沿距离近、降水技术复杂、地表沉降控制难等一系列技术难题。本文对基坑降水方案设计、施工工艺及地表沉降控制等方面进行了研究和总结。     

黄土深基坑潜水区降水诱发地面沉降的简化算法

针对黄土地区深基坑降水导致地层不均匀沉降,危及坑周建筑物的问题,论文基于基坑降水诱发地面沉降机理分析,以分层总和法和剪切位移法为基础,推导出降水引起地面沉降的简化计算公式。在忽略群井效应和土层侧向变形的前提下,依据Dupuit公式得出基坑降水曲线方程,将坑周土体以降水曲线为界分为疏干区和饱和区。引入修正系数,对黄土地区不同性质土层因孔隙水压力减小产生的有效应力增量修正,同时考虑桩-土界面侧摩阻力对土体的约束作用,分别计算距井轴不同距离处的沉降量,叠加后得出最终的沉降值。对比数值模拟计算结果及工程实例监测值,分析表明:在桩-土交界处,侧摩阻力对土体竖向沉降的约束作用最明显;在1.5倍降水深度范围内的沉降计算值精度远高于规范算法,能够较好的预测降水期间黄土地区坑周不同距离处的地面沉降量。     

基坑开挖对邻近铁路路基变形影响与控制

以某紧邻既有铁路线的基坑工程为依托,基于现场实测数据,分析了路基与基坑的变形规律、沉降原因和控制措施。结果表明,受列车荷载与渗漏水影响,路基沉降在坑底旋喷加固和施工冠梁、混凝土撑期间迅速增加,形成了长约50 m、最大沉降95 mm的沉降槽,60%以上的路基在该阶段的沉降增量占阶段累计沉降的70%以上,而地表沉降多小于20 mm,约为开挖深度的2.4‰;路基沉降槽处坑外横断面地表沉降呈“凹槽形”,在路基处沉降最大。在坡顶进行双液注浆能够控制地表与路基沉降,减少后续开挖施工对路基的影响,但注浆施工易导致边坡变形突变,尤其是向坑内的水平位移,不利于边坡稳定和铁路安全。     

北京市轨道交通基坑工程地表变形特性

根据基坑开挖深度、地层条件的不同,对北京市轨道交通80个明挖顺作法基坑工程实测结果进行统计分析,研究确定北京砂卵石和黏性土地区深基坑开挖引起的周边地表变形规律。研究表明：基坑工程周边地表最大变形的实测结果分布形态为正态分布或半整体分布,地表沉降变形值较大;最大地表沉降的平均值约为砂卵石地区0.11%H（H为开挖深度）,黏性土地区0.20%H;地表变形与桩体向基坑内、外的水平位移值有一定的对应关系;地表沉降随插入比的增大而减小,黏性土地区基坑支撑系统刚度对地表沉降有明显的影响;北京地区基坑工程周边主要影响区约为0.6H或0.7H范围以内。研究成果可对未来北京及其他地区城市轨道交通基坑工程变形大小、安全性的预测和评估、指导基坑工程设计与施工和对防止基坑事故的发生等具有重要意义。     

Dewatering induced subsidence during excavation in a Shanghai soft deposit

Foundation dewatering has become a major cause of land subsidence in Shanghai. The burial depth of foundations in relation to geotechnical construction works is less than 75 m, and the corresponding groundwater includes phreatic, low-pressure artesian, and the first confined aquifers. Based on the geological and hydrogeological conditions beneath Shanghai, methods of dewatering may be divided into three modes and further five patterns according to the insertion depth of the dewatering-retaining system. The most common dewatering mode aims to reduce the water pressure in the confined aquifer by setting the dewatering wells inside the pit, whilst the retaining walls are buried in the confined aquifer and partially cut off the confined aquifer layer. To predict the settlement due to foundation dewatering, numerical models are generally adopted, which are similar to those used to predict land subsidence induced by regional groundwater withdrawal; however, since foundation dewatering is conducted along with the setting of retaining walls and foundation pit excavation, which differs from regional groundwater withdrawal, interactions between the retaining wall-dewatering well, the dewatering-excavation, and dewatering-recharge are important factors affecting the analytical model. Since the grading of the shallow soil layers is different, stratified settlement characteristics of the shallow soil strata and seepage erosion, which results in additional deformation, need to be given particular consideration.     

Numerical simulation and land subsidence control for deep foundation pit dewatering of Longyang Road Station on Shanghai Metro Line 18

In terms of controlling groundwater in deep foundation pit projects, the usual methods include increasing the curtain depth, reducing the amount of pumped groundwater, and implementing integrated control, in order to reduce the drawdown and land subsidence outside pits. In dewatering design for confined water, factors including drawdown requirements, the thickness of aquifers, the depth of dewatering wells and the depth of cutoff curtains have to be considered comprehensively and numerical simulations are generally conducted for calculation and analysis. Longyang Road Station on Shanghai Metro Line 18 is taken as the case study subject in this paper, a groundwater seepage model is developed according to the on-site engineering geological conditions and hydrogeological conditions, the excavation depth of the foundation pit as well as the design depth of the enclosure, hydrogeological parameters are determined via the pumping test, and the foundation pit dewatering is simulated by means of the three-dimensional finite difference method, which produces numerical results that consistent with real monitoring data as to the groundwater table. Besides, the drawdown and the land subsidence both inside and outside the pit caused by foundation pit dewatering are calculated and analyzed for various curtain depths. This study reveals that the drawdown and the land subsidence change faster near the curtain with the increase in the curtain depth, and the gradient of drawdown and land subsidence changes dwindles beyond certain depths. In this project, the curtain depth of 47/49 m is adopted, and a drawdown-land subsidence verification test is completed given hanging curtains before the excavation. The result turns out that the real measurements basically match the calculation results from the numerical simulation, and by increasing the depth of curtains, the land subsidence resulting from dewatering is effectively controlled.     

Numerical simulation and land subsidence control for deep foundation pit dewatering of Longyang Road Station on Shanghai Metro Line 18

In terms of controlling groundwater in deep foundation pit projects, the usual methods include increasing the curtain depth, reducing the amount of pumped groundwater, and implementing integrated control, in order to reduce the drawdown and land subsidence outside pits. In dewatering design for confined water, factors including drawdown requirements, the thickness of aquifers, the depth of dewatering wells and the depth of cutoff curtains have to be considered comprehensively and numerical simulations are generally conducted for calculation and analysis. Longyang Road Station on Shanghai Metro Line 18 is taken as the case study subject in this paper, a groundwater seepage model is developed according to the on-site engineering geological conditions and hydrogeological conditions, the excavation depth of the foundation pit as well as the design depth of the enclosure, hydrogeological parameters are determined via the pumping test, and the foundation pit dewatering is simulated by means of the three-dimensional finite difference method, which produces numerical results that consistent with real monitoring data as to the groundwater table. Besides, the drawdown and the land subsidence both inside and outside the pit caused by foundation pit dewatering are calculated and analyzed for various curtain depths. This study reveals that the drawdown and the land subsidence change faster near the curtain with the increase in the curtain depth, and the gradient of drawdown and land subsidence changes dwindles beyond certain depths. In this project, the curtain depth of 47/49 m is adopted, and a drawdown-land subsidence verification test is completed given hanging curtains before the excavation. The result turns out that the real measurements basically match the calculation results from the numerical simulation, and by increasing the depth of curtains, the land subsidence resulting from dewatering is effectively controlled.     

近铁路基坑通风井段变形特征及其机制分析

针对长春某地下车站深基坑工程,深入研究了基坑开挖过程中近铁路侧通风井段险情的发生过程及其致险机制。通过分析通风井附近桩身水平位移、桩顶水平位移、支撑轴力以及铁路道轨两侧路肩沉降差,探讨了通风井段基坑变形过大的原因;采用ABAQUS有限元软件对该基坑的施工过程进行数值模拟,分析了通风井段基坑施工险情的发生机制。研究结果表明,通风井段基坑变形过大是由岩土体过度应力释放和基坑变形空间效应共同作用导致。由于通风井处阳角的存在,且施工过程中通风井段基坑未架设斜撑,致使该处基坑变形的空间效应显著,坑壁产生指向通风井的扭转变形;开挖速度过快、支撑安装不及时和岩土体中过度应力释放导致围护桩变形过大,使基坑的稳定性变差。