平行地铁基坑近接结构群相互影响研究与相关结构设计优化

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地铁车站基坑开挖既对临近平行既有隧道、车站的内力和变形产生影响,又受其大刚度遮拦作用的影响。因此,研究基坑开挖与既有平行隧道、车站间的相互影响,从而优化设计,对保证开挖基坑及既有结构安全、进行集约化设计至关重要。论文明确平行地铁基坑近接结构群影响机制,分析现有设计手段的局限性,采用现场实测、有限元模拟、理论分析等方法研究基坑开挖与临近隧道、车站的相互影响,得到平行地铁基坑近接结构群的相互影响规律,建议优化措施。取得以下进展:
  (1)提出平行地铁基坑近接结构群影响机制。新建基坑开挖导致土体应力改变是“因”,新建基坑以及既有隧道、车站结构之间的相互作用是“果”,“因”导致的岩土位移及其范围是“桥”,即平行地铁基坑近接结构群影响机制由“因、果、桥”产生并共同相互作用。明确相互影响规律,采取合理施工措施控制“因”的影响、减弱“桥”的连接,从而实现“果”的最小化。
  (2)获得临近基坑开挖既有盾构隧道变形规律。定义既有隧道“水平形变位移”,获得最大水平形变位移与基坑宽度、水平距离的关系公式。明确水平形变位移随隧道与基坑水平距离的增加呈指数关系降低,随基坑宽度增加呈线性关系增加;当水平距离大于一倍基坑深度时可不考虑基坑宽度的影响。水平形变位移计算公式可用于计算临近基坑开挖的隧道水平收敛值、隧道拱腰的水平位移、隧道附近的水平基床系数。
  (3)揭示临近基坑施工与车站结构的相互影响。根据车站遮拦作用变化趋势,定义遮拦作用深、浅基坑,得到浅基坑最佳遮拦距离约为2He(He:基坑开挖深度),划分深基坑影响范围为车站距基坑0.5He的强影响区,0.5He~40m的影响区以及40m以外的无影响区;基坑开挖作用下,车站围护结构发生了“悬臂型”水平位移变形模式,从车站底板到中板、顶板,水平位移依次增大。
  (4)明确平行车站基坑共壁结构的变形性状。共壁结构前序变形会引起基坑开挖后共壁结构水平变形差异较大、基坑远车站侧围护结构水平位移偏大;并可利用位移叠加原理,考虑车站及后开挖基坑影响得到共壁结构最终水平位移;基坑开挖作用下,共壁车站围护结构发生“抛物线型”水平位移及背离基坑的转动。
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