CN114218816B - 一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法 - Google Patents
一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114218816B CN114218816B CN202111294951.0A CN202111294951A CN114218816B CN 114218816 B CN114218816 B CN 114218816B CN 202111294951 A CN202111294951 A CN 202111294951A CN 114218816 B CN114218816 B CN 114218816B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- foundation pit
- tunnel
- finite element
- excavation
- underlying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 19
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 8
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 claims description 8
- 238000009933 burial Methods 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法，本发明采用可考虑基坑卸载特性以及土体小应变硬化特性的HSS本构模型模拟地基土的变形行为，并将预测值和实测值对比校核、误差查找、参数优化，使得所建立的三维有限元模型可以较好的反应真实情况。本发明能够提前预测基坑开挖过程中的下卧地铁隧道纵向最大位移发展趋势，并可进一步采取有针对的变形控制措施。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法。
背景技术
基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。开挖前应根据地质水文资料，结合现场附近建筑物情况，决定开挖方案，并作好防水排水工作。
随着社会的发展，地铁越来越多，地铁隧道保护范围内的基坑工程也越来越多。目前国内外出现基坑与地铁相邻的施工实例越来越多，但是，地铁隧道上方的基坑工程施工实践则相对很少。
地铁隧道上方的基坑工程是高风险性工程，基坑开挖会引起下方隧道变形，从而会出现地铁隧道变形的情况，而地铁隧道容许变形极其严格，因此，提供一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法具有重要意义。
现有技术中，基坑开挖情况下，计算下卧地铁隧道纵向最大位移的方法有很多，比如，现场实测法(理论性差、规律性差，误差大)、理论计算法(理论上较完善，但是理论推导所依赖的假设难以符合现场实测，同时计算复杂，不易被一线从业人员掌握)。因此提供一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法是非常必要的。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法，包括以下步骤：
(1)采集施工现场工程资料，所述工程资料包括场地土层物理力学参数、基坑开挖的长、宽、深、隧道埋深、隧道几何物理参数以及施工过程中的地表沉降控制标准和隧道位移控制标准；
(2)建立基坑开挖卸荷引发下卧地铁隧道竖向变形的三维有限元计算模型；
(3)将步骤(2)得到的三维有限元模拟结果即预测值与实测值进行对比，当预测值f和实测值F吻合较好，则说明三维有限元计算模型的正确性；否则，寻找误差原因，根据原因进一步修正输入参数，直至三维有限元的预测值f与隧道实测F吻合良好；
(4)在上述三维有限元计算模型已经被验证的基础上，根据隧道埋深以及基坑-隧道不同空间位置工况下，计算隧道纵向最大变形值f；隧道纵向最大变形值f的简化计算公式为：
其中，f为隧道的最大变形值，h为隧道埋深，单位为m(米)；L为基坑的长度，B为基坑的宽度，d为基坑的深度，β为隧道-基坑交角。
进一步地，步骤(2)中，利用有限元软件PLAXIS3D建立基坑开挖卸荷引发下卧地铁隧道纵向变形的三维有限元计算模型。
进一步地，步骤(2)中，采用基坑开挖卸荷特性以及土体小应变硬化特性的HSS本构模型模拟地基土的变形行为，并进一步建立三维有限元计算模型。
本发明的有益效果是：
(1)本发明能够提前预测基坑开挖过程中的下卧地铁隧道纵向最大位移发展趋势，并可进一步采取有针对的变形控制措施。本发明的预测方法较为准确，误差较小。
(2)本发明采用可考虑基坑卸载特性以及土体小应变硬化特性的HSS本构模型模拟地基土的变形行为，并将预测值和实测值对比校核、误差查找、参数优化，使得所建立的三维有限元模型可以较好的反应真实情况。
(3)本发明在已建立的数值模型基础上，根据基坑-隧道不同工况下的模拟结果，进一步简化得到地铁隧道最大纵向位移的计算公式，该计算方法比较实用，经过简化，方便一线从业人员便捷使用。
附图说明
图1是基坑与隧道的前视图(显示出了基坑与隧道的相对位置关系)。
图2是基坑与隧道的俯视图。
图3是基坑与隧道的右视图。
图4是基坑与下卧隧道不同交角β时，隧道纵向最大位移变化曲线图。
图5是不同埋深h时，隧道纵向最大位移曲线图。
图6是基坑不同开挖形状时，隧道纵向最大位移曲线。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法，包括以下步骤：
(1)在基坑开挖前，采集施工现场工程资料，所述工程资料包括场地土层物理力学参数、基坑开挖的长、宽、深、隧道埋深、隧道几何物理参数以及施工过程中的地表沉降控制标准和隧道位移控制标准；所述场地土层物理力学参数包括K0(静止土压力系数)、剪胀角(ψ)、m(应力相关性指数)、c′(粘聚力)(内摩擦角)等，具体参照表1。隧道几何物理参数包括隧道的埋深h、隧道的抗弯刚度EI，为了计算隧道在基坑开挖下的变形。
(2)建立基坑开挖卸荷引发下卧地铁隧道竖向变形的三维有限元计算模型，具体地，利用有限元软件PLAXIS3D建立基坑开挖卸荷引发下卧地铁隧道竖向变形的三维有限元计算模型，采用考虑基坑开挖卸荷特性以及土体小应变硬化特性的HSS本构模型(hardening soil model with small strain stiffness,简称HSS)模拟地基土的变形行为，并进一步建立三维有限元分析模型，以更准确地计算既有地铁隧道的纵向最大位移；
既有现场监测数据发现，大多数重要岩土工程问题中的土体在工作荷载状态下实际上处于小应变状态。HSS模型可以考虑小应变范围内土体剪切模量随应变增大而衰减的特点，同时可以考虑软黏土的压硬性与剪胀性，区分加卸载刚度，因而更适用于模拟复杂环境深基坑开挖。
土体本构模型的参数的获取方法为：
在基坑开挖前，利用现场原位所取土样，分别进行系列室内土工试验，通过ORGIN软件拟合得到软黏土小应变硬化模型参数。具体的，如下表1所示为本发明实施例提供的小应变硬化模型(HSS)参数示意及取值或获取方式表，小应变硬化模型的参数可以基于下表的取值或是试验确定。
表1：小应变硬化模型(HSS)参数示意及取值或获取方式表
(3)将步骤(2)得到的三维有限元模拟结果(即预测值)与实测值进行对比，当预测值f和实测值F吻合较好(比如，(f-F)/F的绝对值小于10％)，则说明三维有限元计算模型的正确性；否则，寻找误差原因，根据原因进一步修正输入参数(即修正表1中的参数)，直至三维有限元的预测值f与隧道实测F吻合良好(即(f-F)/F的绝对值小于10％)。
(4)在上述三维有限元计算模型已经被验证的基础上，进一步地研究基坑-隧道不同相对空间位置(由L、B、d、β等参数控制)工况下，隧道纵向最大变形值f；通过对图4-6的曲线进行规律分析和数据拟合，得出可考虑(L、B、d、β等控制参数)的隧道纵向最大变形值f的简化计算公式为：
其中，f为隧道的最大变形值，h为隧道埋深；L为基坑的长度，B为基坑的宽度，d为基坑的深度，β为隧道-基坑交角，h、L、B、d的单位均是米；如图1-3所示。以上公式适用于基坑位于隧道正上方这一类情况。
根据以上的计算公式，能够快速简便地预测在上覆基坑卸荷影响下，下卧既有地铁隧道的最大纵向位移，有利于采取有针对的变形控制措施，比如对基坑的开挖方式、开挖深度等进行针对性地调整。
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (3)
1.一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)采集施工现场工程资料，所述工程资料包括场地土层物理力学参数、基坑开挖的长、宽、深、隧道埋深、隧道几何物理参数以及施工过程中的地表沉降控制标准和隧道位移控制标准；
(2)建立基坑开挖卸荷引发下卧地铁隧道竖向变形的三维有限元计算模型；
(3)将步骤(2)得到的三维有限元模拟结果即预测值与实测值进行对比，当预测值f和实测值F吻合较好，则说明三维有限元计算模型的正确性；否则，寻找误差原因，根据原因进一步修正输入参数，直至三维有限元的预测值f与隧道实测F吻合良好；
(4)在上述三维有限元计算模型已经被验证的基础上，根据隧道埋深以及基坑-隧道不同空间位置工况下，计算隧道纵向最大变形值f；隧道纵向最大变形值f的简化计算公式为：
其中，f为隧道的最大变形值，h为隧道埋深，单位为米；L为基坑的长度，B为基坑的宽度，d为基坑的深度，β为隧道-基坑交角。
2.根据权利要求1所述的一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法，其特征是，步骤(2)中，利用有限元软件PLAXIS3D建立基坑开挖卸荷引发下卧地铁隧道纵向变形的三维有限元计算模型。
3.根据权利要求2所述的一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法，其特征是，步骤(2)中，采用基坑开挖卸荷特性以及土体小应变硬化特性的HSS本构模型模拟地基土的变形行为，并进一步建立三维有限元计算模型。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110858518 | 2021-07-28 | ||
| CN2021108585189 | 2021-07-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114218816A CN114218816A (zh) | 2022-03-22 |
| CN114218816B true CN114218816B (zh) | 2024-06-18 |
Family
ID=80696505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111294951.0A Active CN114218816B (zh) | 2021-07-28 | 2021-11-03 | 一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114218816B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116186841A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-30 | 东南大学 | 一种基坑开挖影响区及下卧既有隧道位移预测方法 |
| CN116305412A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-06-23 | 中建八局第三建设有限公司 | 一种基于有限元模型分析的基坑开挖变形研究方法 |
| CN116680934B (zh) * | 2023-07-28 | 2023-10-13 | 安徽建筑大学 | 基于卸荷率的地层开挖引起下部隧道竖向变形计算方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3870131B2 (ja) * | 2002-07-09 | 2007-01-17 | 株式会社奥村組 | トンネル周壁面の変位の推定方法 |
| CN106339554B (zh) * | 2016-08-29 | 2019-06-25 | 浙江大学城市学院 | 一种基坑开挖引起邻近既有地铁隧道位移的计算方法 |
| CN107330191B (zh) * | 2017-06-30 | 2021-02-05 | 暨南大学 | 地下水对地铁盾构隧道施工影响的数值模拟分析方法 |
| CN108170996A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-06-15 | 山东科技大学 | 既有建筑对邻近隧道稳定性影响临界线确定方法 |
| CN108460185A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-28 | 浙江大学城市学院 | 基坑开挖施工对邻近既有公路隧道及电力管线影响数值分析方法 |
| CN109145463B (zh) * | 2018-08-27 | 2023-04-18 | 北京住总集团有限责任公司 | 一种用于隧道开挖过程中的变形分析方法 |
| JP7099246B2 (ja) * | 2018-10-22 | 2022-07-12 | 株式会社大林組 | トンネルの変形予測方法及び、変形予測システム |
| CN110147587B (zh) * | 2019-04-29 | 2023-05-23 | 浙江大学城市学院 | 一种隧道内集中荷载引起既有隧道位移变形的计算方法 |
| CN112818442B (zh) * | 2021-01-06 | 2022-10-14 | 河海大学 | 基于围岩空间变异性的隧道轴向差异变形设计值确定方法 |
-
2021
- 2021-11-03 CN CN202111294951.0A patent/CN114218816B/zh active Active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| An efficient method for evaluating the ground surface settlement of Hangzhou metro deep basement considering the excavation process;Ying H;Acta Geotechnica;20220101;第17卷(第12期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114218816A (zh) | 2022-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114218816B (zh) | 一种基坑开挖引发下卧地铁隧道纵向最大位移的计算方法 | |
| Yazdani et al. | Displacement-based numerical back analysis for estimation of rock mass parameters in Siah Bisheh powerhouse cavern using continuum and discontinuum approach | |
| AU2020433233A1 (en) | System and method for monitoring and verifying global failure mode of soil and rock dual-element side slope | |
| CN107144380A (zh) | 隧道施工过程中围岩扰动应力场的动态测试方法 | |
| CN115640996A (zh) | 一种富水复杂地层隧道突涌水灾害的评估方法 | |
| CN103591982B (zh) | 一种电力隧道结构问题的监测方法 | |
| CN111119901A (zh) | 穿过既有构筑物沉降控制方法 | |
| CN114662360A (zh) | 一种利用多软件联合构建复杂地质三维地应力场反演方法 | |
| CN112833807A (zh) | 一种适用于双护盾tbm的围岩变形监测方法及预测方法 | |
| Jeng et al. | Interpretation of slope displacement obtained from inclinometers and simulation of calibration tests | |
| AU2021101678A4 (en) | Method for testing soft rock ground stress in exploration engineering | |
| CN113378431A (zh) | 一种复杂环境下顶管施工引起的地面变形的预测方法 | |
| Fearnhead et al. | Deep excavations: monitoring mechanisms of ground displacement | |
| CN109763475B (zh) | 一种测定膨胀土土体降雨入渗系数的跟踪观测方法 | |
| CN112329287A (zh) | 一种基于试桩监测数据的p-y曲线贝叶斯学习方法 | |
| CN109488281B (zh) | 一种室内覆岩离层变形探测装置及其评价方法 | |
| CN112431236B (zh) | 一种新型支护桩危险点的判定方法 | |
| CN111963152B (zh) | 基于水平孔分层测温数据的地温梯度计算方法 | |
| CN114970159A (zh) | 一种采用三阶剪切变形板理论的地连墙侧向变形计算方法 | |
| Finno | Use of monitoring data to update performance predictions of supported excavations | |
| Zhao et al. | Diaphragm Wall Deformation Behavior and Inclinometer Data Analysis for Braced Deep Excavations | |
| CN106021717A (zh) | 一种基于神经网络的地铁开挖引起的地表下沉分析方法 | |
| CN104881536B (zh) | 一种岩体结构面吻合度系数测量方法 | |
| Li | Determination of Mining-Induced Stresses Using Diametrical Rock Core Deformation Measurement and Finite Element Modelling | |
| CN118643751B (zh) | 一种基于单孔分区的多元线性回归地应力反演方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |