前言

基坑开挖和盾构开挖是目前我国城市建设中广泛存在的两类地下工程开挖活动，开挖卸荷改变了周围土体初始应力状态并对邻近既有地铁隧道产生了不利影响。如何准确地预测和控制地下开挖引起的邻近既有隧道附加内力和变形具有迫切而重要的工程学意义。软土的土质条件、地基分层特性、基坑围护结构、地层加固，以及抗拔桩加强措施等因素对既有隧道的纵向变形均有重要影响，但目前对于此类问题的研究尚不够成熟。本书将这些问题作为新的研究方向提了出来，主要采用理论分析和数值模拟等研究手段，结合离心机试验算例和现场工程实测数据就上述问题开展了系统深入的研究，主要研究内容及成果体现为：

①引入弹性层状地基模型，建立了基坑施工引起下卧土体竖向自由位移场的简化理论分析方法，该方法能充分的考虑基坑开挖面卸载、围护结构的水平作用、工程降水，以及土体分层特性等因素的影响，得出的结论更符合工程实际。结合数值算例分析发现：提出方法能较好地反映出非均质层状地基土体的应变集中（或扩散）现象。

②提出了开挖卸荷条件下隧道与周围土体相互作用的整体耦合分析方法，基于此方法，首先推导了砂质土体条件下基坑开挖引起的下卧单洞、双洞隧道纵向变形的弹性解，并结合离心机试验算例评估了计算方法的有效性；然后基于三参量H-K流变本构模型，推导了黏质土体条件下开挖引起的隧道纵向变形的黏-弹性解，并结合工程实测数据进行了方法运用与验证。

③将提出方法与目前常用的两阶段解析法进行算例对比发现，本书提出的耦合方法是一种整体分析方法，与两阶段解析法的分步求解过程相比，不需要选用具体的地基模型和确定各种复杂的地基参数，因此大大地减少了计算所需的参数数量，并简化了计算过程。

④将提出方法运用于工程实例分析中发现，黏性土体流变特性引起的隧道后期变形量占总变形量的比例较大，软土流变会对隧道纵向位移大小、范围及形态等造成较大的影响；变形趋近于稳定的时间与软土的流变参数有关，基坑应尽量在流变趋近稳定之前完成开挖、支护、主体浇筑和覆土回填等工序，以减小软土卸荷的时间效应对邻近既有隧道造成的不利影响。

⑤基于镜像源汇法和盾构隧道非等量径向土体移动模式，建立了盾构掘进对上方已建隧道影响的解析方法。结合离心机试验算例发现，提出方法非常适用于分析地层损失率较低（ε≤1%）的情况下盾构开挖对既有隧道、管廊等刚性结构的影响；结合某盾构下穿既有刚性管道的工程实例分析发现，管道沉降量的解析解与实测数据基本吻合，验证了提出方法的有效性。

⑥采用提出方法对盾构下穿既有隧道进行了算例分析，结果显示，垂直正交关系是既有隧道纵向变形受扰的最有利位置关系，但同时也是既有隧道受剪、受弯的最不利位置关系；提高既有隧道纵向刚度在起到减小隧道附加变形作用的同时也显著地增大了结构附加弯矩峰值。

⑦地层加固加强了地层和围护墙的连接作用及地基土体的整体性，使得加固范围内土体剪应变和卸荷应力的传递变的更加均匀，不仅能减小开挖卸荷引起的邻近隧道纵向变形大小和范围，还能有效地控制隧道自身断面的相对拉伸变形。

⑧利用有限差分软件FLAC ^3D ，探讨了基坑下卧回弹地基内抗拔桩的承载特性和抗隆起机理，根据桩-土相对位移分布情况将桩身分成了抗拔段、稳定段和嵌固段。研究发现，刚性抗拔桩不仅能约束桩周土体竖向位移，还能作为“异质体”切断围护墙墙脚与隧道洞室侧面之间的集中剪应变传递路径，因而显著地减小了洞室周围土体的集中剪应变大小和分布范围。

著者
2023 年 2 月 3 日