[發明專利]一種考慮三維空間效應的鄰近既有地鐵的基坑開挖影響計算方法

在審

• 申請號: 202011126221.5
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112364484A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 張霄;丁智;陳赟;曹澤君
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院;浙江大學建筑設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E02D33/00;E02D17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

本發明公開了一種考慮三維空間效應的鄰近既有地鐵的基坑開挖影響計算方法，包括以下步驟：獲取基坑與隧道的位置關系、基坑開挖尺寸以及隧道幾何尺寸，建立基坑鄰近地鐵隧道開挖的計算模型；根據所述基坑鄰近地鐵隧道開挖的計算模型，計算三維卸荷系數；根據所述三維卸荷系數和工程實測數據，擬合得到基坑開挖引起鄰近地鐵隧道的最大變形的表達式；根據所述的最大變形表達式，繪制三維卸荷系數與隧道最大變形的關系曲線，并依據隧道變形不同控制值劃分不同三維卸荷系數條件下的基坑鄰近施工的隧道變形影響區。

技術領域

本發明涉及一種考慮三維空間效應的鄰近既有地鐵的基坑開挖影響計算方法，屬于地下工程技術領域。

背景技術

隨著城市地鐵建設的飛速發展，鄰近已運營地鐵線路的基坑工程大量涌現。同時，軟土地區基坑施工往往伴隨著極強的環境效應，基坑開挖必然會改變土體的原始應力場和位移場，繼而引起鄰近既有地鐵隧道附加變形和內力，使隧道發生不均勻隆沉或管片接縫張開甚至裂損、錯臺等，嚴重影響隧道結構的長期服役性能和運營安全。

基坑開挖對鄰近地鐵隧道的影響涉及因素較多，目前而言，基坑一維卸荷比N——開挖深度H_e與隧頂埋深H的比值，是作為評價影響下臥隧道豎向變形的重要因素，但是該計算模型更適用于基坑上跨隧道施工的情況，未能考慮側方基坑開挖影響以及長型基坑的縱向影響。此外，浙江省標準《城市軌道交通結構安全保護技術規程》(DB33/T1139－2017)也提出了一種考慮基坑深度和寬度的二維卸荷比來預測影響鄰近隧道變形的方法，其卸荷比的定義為最不利斷面處隧道上方主要覆土區內的基坑最大斷面面積與隧道上方主要覆土區的斷面面積的比值。但是，實際工程中，受限于地下結構凈高等要求，上方卸荷比往往超過該規程中卸荷比不宜大于0.3的要求。而且，大量實測數據表明通過分坑減少單體基坑開挖面積后，隧道變形亦處于可控狀態，該卸荷比的計算模型不能考慮基坑沿隧道縱向長度的影響，無法體現基坑開挖的空間效應，對實際基坑施工缺乏指導價值。

因此，為了充分考慮基坑開挖的三維空間效應，建立一個新的卸荷系數計算模型來反映基坑深度、寬度和基坑沿隧道縱向長度的綜合影響，并通過相似地層條件下工程實測數據的擬合驗證，得到鄰近隧道變形滿足地鐵保護要求時的卸荷參數控制值，這對于指導工程實踐，保障鄰近基坑工程的地鐵隧道結構穩定和運營安全具有重要意義。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種考慮三維空間效應的鄰近既有地鐵的基坑開挖影響計算方法，以解決相關技術中對基坑開挖考慮基坑卸荷體量、尺寸效應、三維空間效應體現欠缺的問題。

為了達到上述目的，本發明實施例提供一種考慮三維空間效應的鄰近既有地鐵的基坑開挖影響計算方法，包括以下步驟：

獲取基坑與隧道的位置關系、基坑開挖尺寸以及隧道幾何尺寸，建立基坑鄰近地鐵隧道開挖的計算模型；

根據所述基坑鄰近地鐵隧道開挖的計算模型，計算三維卸荷系數；

根據所述三維卸荷系數和工程實測數據，擬合得到基坑開挖引起鄰近地鐵隧道的最大變形的表達式；

根據所述的最大變形表達式，繪制三維卸荷系數與隧道最大變形的關系曲線，并依據隧道變形不同控制值劃分不同三維卸荷系數條件下的基坑鄰近施工的隧道變形影響區。

進一步地，建立基坑鄰近地鐵隧道開挖的計算模型，具體包括：

根據基坑與地鐵隧道的不同相對位置關系建立計算模型，將計算模型分為兩類：地鐵隧道在基坑下方的下臥隧道模型和地鐵隧道在基坑側方的側方隧道模型。

進一步地，根據所述基坑鄰近地鐵隧道開挖的計算模型，計算三維卸荷系數，具體包括：

下臥隧道模型中的三維卸荷系數ν₁的表達式為：

ν₁＝lg(V₀)αN