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摘 要

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新建地下结构明挖深基坑开挖对下卧既有地铁隧道的影响分析及其保护设计

21813105 刘锋

指导教师 童立元

摘要

随着经济与建设的不断现代化，地面空间被更多的高楼大厦所占领，所以现在的趋势是更好地往地下空间方向发展。如今很多基坑工程将会在既有地铁隧道周围进行建设。基坑的挖掘将导致土壤的卸载，基坑底部的土体起伏变形，墙后土体的横向位移，坑外的地面沉降，这些问题可能导致垂直和水平位移，同时横截面也会产生会聚变形，下卧隧道甚至会出现裂缝，渗漏等安全隐患。所以研究深基坑开挖对下卧隧道的变形影响尤为重要。利用MIDAS/GTS有限元软件分析苏州星港街隧道工程基坑开挖坑底隆起变形对既有地铁隧道的影响：对基坑进行保护设计，模拟开挖过程并通过现场坑底土体回弹、区间隧道隆起等数值仿真分析，来研究坑底土体及运营地铁隧道的隆起变形规律及其影响因素。对数值模拟的结果进行分析，并根据分析结果，与实测值进行比较；最后得出数值分析的结果与实测值相差不大，说明数值分析方法可以用来解决岩土相关问题，且所模拟的基坑保护设计是完全可行的。通过本项目的实施，将为苏州地铁穿越工程的设计及施工技术优化提供依据，并编制相应的技术管理办法，确保既有地铁线路运营的安全，成果的应用将产生极大的经济效应与社会效益。

关键词：深基坑开挖；下卧隧道；变形规律；影响因素；数值模拟

Analysis on the Influence of Excavation of Deep Foundation Pit on Existing Metro Tunnel and Its Protection Design

21813105 Liu Feng

Supervised by TONG Liyuan

Abstract

Using the MIDAS / GTS finite element software to analyze the effect of the excavation deformation on the existing subway tunnel in the excavation of the pit excavation in Suzhou Xinggangjie tunnel project: through the numerical simulation analysis of the rebound of the bottom of the pit, The Law of Uplift and Deformation of Subway Tunnels and Their Influencing Factors. Based on the results, the results show that the metro tunnel uplift prediction method and the corresponding metro tunnel uplift deformation control index and related solutions are put forward. Through the implementation of this project, it will provide the basis for the optimization of the design and construction technology of Suzhou subway crossing project, and compile the corresponding technical management method to ensure the safety of the existing subway line operation. The application of the result will have great economic effect and social benefit.

Key words：excavation of foundation pit;tunnel deformation;numerical simulation;

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 引言 3

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国外研究现状 3

1.2.2 国内研究现状 4

1.3 本文的主要研究内容以及研究方法 5

1.3.1 主要研究内容 5

1.3.2 主要研究方法 5

第二章 Midas GTS有限元分析软件 7

2.1 Midas GTS有限元分析软件基本简介 7

2.2 几何建模 7

2.3 网格生成 7

2.4 应用领域 7

2.4.1 地铁与隧道 7

2.4.2 基坑 8

2.4.3 基础和矿山 8

2.4.4 软弱地基、港口水利、地下结构 8

2.5 分析方法： 8

第三章 工程概况 9

3.1 场地概况 9

3.2 场地工程地质条件 13

第四章 工程保护设计及模型建立 14

4.1 支护方案与保护设计 14

4.1.1 基坑保护设计 15

4.2 模型尺寸及计算范围 17

4.3 属性分区及数值计算参数 17

4.3.1 属性分区 17

4.3.2 计算参数 18

4.4 数值模拟计算方法 19

第五章 基坑开挖对下卧地铁隧道影响的数值模拟分析 20

5.1 开挖工况 20

5.2 基坑位移分析 21

5.2.1 新建隧道施工前隧道位移 21

5.2.2 基坑最终位移 23

5.3 1号线隧道变形分析 25

5.3.1 隧道位移 25

5.3.2 隧道监测点分析 27

5.3.3 盾构隧道监测断面及监测点最终变形分析 33

5.4 与实测数据比较 35

第六章 总结 36

参考文献 37

致谢 38

绪论

引言

随着经济与建设的不断现代化，地面空间被更多的高楼大厦所占领，所以现在的趋势是更好地往地下空间方向发展。目前国内外都越来越重视建设地下空间。在各类地下工程中，地铁作为人们出行方式的重要组成部分，在城市交通中造成的影响举重若轻，能够大大减轻城市的交通拥堵状况；如今很多基坑工程将会在既有地铁隧道周围进行建设。基坑的挖掘将导致土壤的卸载，基坑底部的土体起伏变形，墙后土体的横向位移，坑外的地面沉降，这些问题可能导致垂直和水平位移，同时横截面也会产生会聚变形，隧道甚至会出现裂缝，渗漏等安全隐患。

苏州地区已有地铁1号线、2号线和4号线工程的实施都表明，针对穿越工程这种高风险特殊工程，稍有不慎，均可能造成严重的运营地铁安全事故和环境土工灾害，甚至造成极大的社会影响，因此，穿越工程是苏州地铁建设的焦点与难点问题之一。

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