地下工程开挖环境影响方法要点解析.ppt

* * * * * * * * * * 在目前的计算当中较多采用Vesic地基模量： Attewell等（1986）在研究隧道开挖对邻近管线影响时，建议采用扩大2倍的Vesic模量近似模拟管土接触条件。 Klar等（2005）在研究该课题时认为：为了使基于Winkler模型的计算结果与弹性理论法计算结果一致Vesic模量需要扩大2倍甚至更多。 地基模量k选取 Vesic模量的假定： 无限长梁 放置于地表 受集中荷载 适用条件：地表的弹性地基梁 地基模量k选取 Vesic模量假定与现实问题的矛盾： 1）管线和桩的埋深不可忽略 Vesic模量忽略埋深是导致计算结果偏小的主要原因 2）被动状态下的管线和桩受到了土体位移作用 管线、桩在土体位移和外力直接作用下的变形和受力特性是不同的 需要一个满足上述要求的被动地基模量 地基模量k选取 被动地基模量的提出 Vesic离散分布外力为集中力 离散任意土体位移为标准单位位移 被动地基模量的提出 如何得到Vesic模量 1）推导弹性半空间模型地表无限长梁受集中力作用位移解 2）推导Winkler模型下无限长梁受集中力作用位移解 3）拟合上述两组解得到Vesic模量 被动地基模量 1）推导弹性半空间模型地表无限长梁标准位移作用的位移解 2）推导Winkler模型下无限长梁受标准位移作用的位移解 3）拟合上述两组解得到被动地基模量 被动地基模量的提出 b为梁的半宽，h为埋深 被动地基模量的提出 利用水平向Mindlin解和Kevlin解获得任意深度水平被动地基模量 管线算例验证：与弹性理论法对比 Klar等（2005）利用弹性理论法计算了隧道开挖对上覆管线的影响（隧道开挖引起的土体沉降运用Peck公式计算） 最大归一化弯矩随管土刚度比变化 Marshall等(2010)利用剑桥大学离心机模拟研究基于地层损失比的隧道开挖对上覆管线的影响。 管线算例验证：与离心机试验对比 管线算例验证：与实际工程对比 实例分析：上海轨道交通七号线隧道近距离穿越大口径污水管线 理论预测结果与现场实测结果基本符合 算例文献：LOGANATHAN N, POULOS H G, XU K J. Ground and pile-group response due to tunneling[J]. Soils and Foundations, 2001, 41(1): 57–67. 桩基础算例验证：与离心机试验对比 群桩，到隧道距离6m 群桩，到隧道距离10m 群桩，到隧道距离10m 隧道开挖工程实例分析 桩基础算例验证：与工程实例对比 算例文献：LEE R G, et al. Deformations caused by tunneling beneath a piled structure[C]. Proc 13th ICSMFE. New Delhi, 1994: 873–878. 五、基于建筑物承载能力的变形控制标准 分析过程分为三步： (1) 采用两阶段方法，得到一定的基坑开挖深度和基坑与建筑物距离条件下，基坑变形最大值与邻近既有建筑物附加变形的关系曲线。 (2) 改变基坑开挖深度，得到不同开挖深度条件下，基坑变形最大值与建筑物附加变形的关系曲线。 (3) 基于建筑物承载能力的角变量容许值，将基坑开挖深度与基坑变形容许最大值相互对应，形成基坑开挖环境保护的变形控制标准。 变形控制标准 框架结构短桩基础 按角变量0.002作为控制指标 市政管线 按倾斜角0.1度作为控制指标 变形控制标准 基坑水平位移最大值与邻近建筑倾斜的关系曲线 框架结构群桩基础 第一步 第二步 框架结构短桩基础 在基坑位移最大值和建筑物倾角关系曲线中提取建筑物倾角为0.002和0.003所对应得基坑位移最大值 得到基坑开挖深度和基坑变形最大值的关系曲线。 第三步 基于周边建筑物承载能力的变形变形控制 柔性接口排水管 选用管线参数：N型接口承插式铸铁管、DN600mm、外径635mm、壁厚9.9mm、弹性模量15000MPa、泊松比0.25、每节5m；中心埋深h=2m，中心距离基坑边b=2m；管线埋设走向平行于基坑边； 土体参数：弹性模量2.124MPa、泊松比0.4、重度18.1kN/m3 ； 基坑参数：宽度B=30m，开挖深度H取6~20m，采用板式围护结构加内支撑的支护体系。 位移控制标准 市政管线 管 线 倾 斜 控 制 标 准 0.1 度 六、结论与建议 推荐的地基模量在被动位移下更符合实际情况，直接印证了Attewell等和Klar等认为被动地基模量需比Vesic地基模量大两倍甚至更多的观点。 通过与弹性理论法、离心机试验和实际工程对比验证了建议的两阶段分析方法的合