基坑开挖对紧邻地下隧道的影响模拟

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摘 要：基坑开挖引起地面不均匀沉降并导致周围地下构筑物倾斜、开裂等问题，一直以来受到人们关注。本文采用三维有限元法模拟基坑开挖过程的工况，分析基坑开挖对周围地铁隧道和地铁车站的影响，提出相应的预防和保护措施，具有很重要的工程实际意义。

关键词：基坑开挖；隧道；影响

随着经济的快速发展， 很多城市都已拥有地铁或隧道， 现在或将来都会有越来越多的工程位于隧道附近， 这样就不可避免的会在已建隧道附近进行基坑开挖。我们必须致力于找出基坑开挖影响隧道的规律，。为进一步分析深基坑开挖卸载对下卧地铁变形及内力的影响，由于基坑施工边界的复杂性，很难通过解析的方法来求解基坑开挖对地铁隧道的影响，数值方法则为这种问题的求解提供了有力的工具。本文运用三维有限元分析软件从空间上详细地分析讨论了不同情况下深基坑开挖对其下卧隧道变形及内力的影响，分析方法和结果可为类似工程借鉴。

1 三维有限元计算模型

利用三维有限元分析软件分析深基坑开挖对其下卧地铁隧道位移的影响。假定基坑开挖深度为12.0m，长×宽为80.0m×40.0m，支护形式为连续墙+ 三道内支撑，连续墙厚度为1.0m，内支撑截面尺

寸为0.8m×0.6m，腰梁尺寸为0.8m×0.8m，第一道内支撑标高为±0.0m，第二道内支撑标高为-4.3m，第三道内支撑标高为-8.3m，每步超挖0.3m。地铁隧道外径6.0m，衬砌管片厚度0.3m，隧道与基坑相对

位置关系见图一，土体采用莫尔―库伦模型。计算分析中所采用的土体和基坑支护结构及隧道管片的物理力学参数见表一。基坑支护结构―隧道―土体相互作用的有限元模型如图二所示。通过三维有限

元分析软件中激活和钝化功能很容易实现基坑开挖区的土体单元、支护结构施工对隧道衬砌单元位移的影响。

2 有限元分析结果

2.1 相同埋深不同空间位置时隧道受基坑开挖卸载影响

从图三a可知，当隧道在基坑侧面时，由于坑内的开挖卸载产生了连续墙内外土压差，使连续墙向基坑内位移，使得隧道拱腰附近土体的侧向位移约8.6mm。从隧道侧向位移的大小可得出，基坑开挖卸

载对其侧面隧道有一定影响，但影响不是很大。从图三b 可知，当隧道在基坑侧面时，基坑内的开挖卸载使隧道拱顶最大上抬为10.02mm。从隧道侧向位移的大小可以得出，在相同隧道埋深的情况下隧道在基坑侧面时基坑开挖卸载对其的影响远小于对基坑正下方的隧道，约为正下方隧道的1/2。

2.2 不同空间位置及埋深情况下隧道受基坑开挖卸载影响

3 结束语

本文比较分析了隧道与基坑在不同空间位置时基坑开挖对隧道位移的影响，通过数值分析可得到如下结论：

（1）当隧道在基坑正下方时，基坑开挖卸载对其下部的地铁隧道有明显的影响。基坑开挖卸载使得下部土体回弹从而带动土体中的隧道产生位移。隧道处于基坑正下方，由于对称性隧道位移主要表现

为竖向上抬，且随着隧道距基坑底距离的增加而明显减小。当间距超过4.0D 时，隧道受上部基坑开挖卸载影响较小。

（2）当隧道在基坑侧面时，基坑开挖卸载对隧道的侧向（向基坑内） 位移和竖向位移都有一定的影响，且随着隧道埋深的增加先是增加后减小。这是由于当隧道埋深较小时，隧道处于连续墙周围的土体中，由于连续墙的约束作用，隧道变形受到基坑开挖卸载较小；当隧道埋深增加时，隧道处于连续墙下，连续墙约束作用对其影响较小，所以隧道位移有所增加；但随着隧道埋深的进一步增加，隧道位移受到基坑开挖的影响会越来越小。

参考文献：

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[2]SHEN C K，BANG S，HERRMANN LR.Ground mov-ement analysis ofearth support systems

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