临近基坑既有隧道的隆沉机理及控制研究

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我国经济快速发展,推动城市化进程不断加深,城市中地铁的建设更是进行的如火如荼。在城市中,既有隧道结构的临近区域进行基坑开挖在所难免,而基坑开挖则会导致邻近隧道结构产生变形。隧道结构对位移的控制要求较为严格,因为一旦隧道结构变形过大,将会直接影响地铁的安全运营。目前已有学者对基坑开挖引起的隧道水平变形及其控制方法做了研究。本文针对天津地区基坑开挖引起隧道隆起普遍存在,而进行评估计算时结果却总是沉降变形这一问题,对临近基坑既有隧道的竖向变形机理进行了探究,并进而对注浆控制隧道竖向位移技术展开研究。主要进行了以下几点研究:(1)对天津市几个典型的基坑开挖引起隧道变形的工程案例进行了整理和分析。天津软土地区基坑开挖引起的隧道隆起变形并不是个例,而是出现在了很多工程当中,这其中包括在隧道相对于基坑围护结构不同距离、相对于基坑开挖面的不同埋深下,都有可能发生隧道的隆起。这与之前有学者所提出的预测方法中隧道位于基坑围护结构底部位置以下才能发生隆起的结果有所偏差。(2)基于上述工程案例的分析,以天津市松江东南角工程基坑开挖引起隧道变形的工程为依托,运用有限元软件PLAXIS 2D,结合HSS本构模型,对隧道隆起的机理进行了研究。在对长时间开挖的基坑工程案例进行分析时,运用排水模型比不排水模型能更好的模拟出隧道变形的趋势,因为不排水情况下产生的负超孔压会使土的有效应力比无超孔压下更大,使隧道难以发生隆起变形。隧道竖向变形一方面是由基坑围护结构的变形引起的,另一方面是由基坑开挖卸载土体的向上回弹引起的。对内凸形地连墙变形模式下,基坑开挖引起的隧道竖向位移的影响区进行了划分。(3)进行了注浆控制土体变形的大型原位实验。注浆所用浆液为水泥-水玻璃混合的双液浆,采用钢管注浆方式,对注浆结束后周围土体的深层水平位移和孔压的变化进行监测。实验表明,在注浆结束时,注浆引起的土体水平变形达到最大,随着孔压的消散,注浆引起的土体水平位移逐渐减小,开始减小较快,后来逐渐变慢并趋于稳定。注浆深度变浅,最大变形位置相对于注浆位置会更加偏上。分段注浆时下部注浆完成之后,对上部的土体产生了一定的加固作用,使上部土体产生的变形变大。倾斜打设的注浆孔进行注浆后,同样可以对土体产生有效的位移。注浆对下部土体的影响较小。(4)根据电阻率法测得的注浆体形状,选取注浆点位置以上的一个高2m,直径1m的圆柱为注浆体,对注浆进行模拟。并对注浆控制土体和隧道的竖向变形进行了参数分析。为避免相邻隧道管片之间的位移差过大,对隧道造成安全问题,注浆控制隧道的变形时,注浆孔与隧道之间的距离不宜太近,且单孔注浆量不宜过大。
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