下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
本书以城市基坑和盾构开挖卸荷对邻近既有地铁隧道的影响和保护为出发点依托深圳地铁 11 号线南山站—前海湾站区间重叠隧道段的开挖卸荷工程，针对以上研究现状中存在的不足，开展了以下研究工作：
①考虑到地基土层的分层特征，引入弹性半空间层状地层模型，推导基坑开挖面卸载、工程降水以及围护结构的水平作用引起的地基土体附加应力解，结合土体三维变形公式，提出了适用于基坑施工引起的下卧地基土体内部各点三维自由位移场的计算方法。
②在充分认识隧道纵向结构计算模型的基础上，建立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，根据不同土质的力学特征，首先推导砂性土体中开挖卸荷对单洞、双洞隧道变形影响的整体耦合平衡方程，并结合离心机试验和数值分析，评价提出方法的适用性和合理性；然后，基于 3 个参数H-K本构模型推导了黏质土体中邻近开挖引起的隧道变形时域解，并结合工程实例进行了方法运用，研究具有流变特性的软土开挖对邻近隧道的影响规律，得出了一些对工程设计和施工有用的结论。
③通过分析盾构开挖削减引起的土体位移模式，基于镜像源汇法理论推导了半无限三维空间中盾构开挖引起的土体变形计算公式，建立了盾构下穿施工对上方已建隧道变形影响的解析分析方法。然后利用该方法对盾尾间隙参数、等效弯曲刚度及相对空间位置等因素的影响进行了单因素量化分析；最后，结合离心机试验结果以及工程实测数据进行方法验证与对比分析。
④依托深圳地铁 11 号线南山站—前海湾站区间重叠隧道工程，采用数值模拟方法分析基坑周围不同位置处已建隧道的变形特点，进行了隧道变形特征区域划分，并提出了相应的变形控制对策。
⑤采用数值模拟方法研究基坑地层加固和抗拔桩措施对控制隧道变形的影响。对比分析不同的地层加固型式、范围和厚度（或深度）对既有隧道变形的控制效果；对地基抗拔桩的荷载传递机理、桩-土位移分布特征及其对周围土体和隧道隆起变形的限制机理进行了详细的探讨，对比分析不同抗拔桩强化方案下的隧道变形控制效果。
针对以上研究内容，本研究综合采用技术调研、理论分析、数值模拟及归纳总结等研究方法，并结合现场监测和试验等数据，研究软土地区开挖卸荷对邻近既有隧道的力学和变形影响规律。具体为：
（1）技术调研
明确本研究的核心内容之后，广泛查阅国内外相关文献资料，分别从理论、试验和工程实例这 3 个层面上对类似问题的研究方法和成果进行了系统总结，并大量收集依托工程的地勘、设计和施工方案及监测数据等资料，进行对比分析，在此基础上形成了本课题的详细大纲和研究计划。
（2）理论分析
在基坑开挖卸荷影响方面，综合运用半空间弹性理论、黏-弹性理论、一维杆件有限元理论、土体有效应力理论和渗流理论等多种理论方法，系统地研究了不同土质条件下基坑开挖引起的隧道纵向附加内力和变形特征；在盾构开挖卸荷影响方面，综合运用半空间弹性理论、镜像源汇法理论、盾构间隙参数理论和土体位移模式等多种理论方法，详细地探讨了盾构下穿施工对上方已建隧道的影响规律。
（3）数值模拟
利用有限差分软件FLAC 3D 对重叠开挖卸荷下既有隧道的洞室变形特征和隧道保护措施进行了系统的定性模拟分析。研究了基坑周围地层加固对控制隧道变形的作用机理，探讨了基坑下卧地基内抗拔桩的承载特性及其对隧道的抗隆起机理，并采用数值分析研究对比了不同强化方案下的隧道变形控制效果。
（4）归纳和总结
通过归纳和总结，对成果进行提炼，得出了一系列对设计和施工有用的指导性结论，可为目前我国城市建设中大量存在的类似工程提供参考，也可为今后相关规范的完善提供理论基础和依据。