基坑开挖引起下卧地铁隧道变形的简化计算方法

作者：江杰; 邱居涛; 欧孝夺^*; 龙团元; 侯凯文; 赖增任

来源：铁道学报, 2021, 43(10): 118-126.

• 基坑开挖
• 层状地基
• 附加应力
• 地铁隧道
• 两阶段分析法
• 纵向变形

基坑开挖将对周围土体造成应力扰动,打破地层的应力平衡状态,进而使下卧地铁隧道结构遭到不同程度的破坏。针对既有研究的不足,考虑地基土体的非均质性对作用于隧道上附加应力的影响,引入弹性层状半空间地基模型,建立基坑开挖对下卧隧道影响的两阶段分析法。采用Hankel积分变换得到作用荷载表达式,运用矩阵递推法,推导出层状地基中轴对称垂直荷载作用下土体竖向附加应力解。在此基础上,基于Winkler-Pasternak双参数地基模型将既有隧道视为Euler-Bernoulli长梁,建立隧道变形后的挠度平衡微分方程,采用有限差分法将方程简化并获得隧道纵向变形解析解。通过与Winkler地基模型对比,发现Winkler-Pasternak模型能体现地基弹簧的相互作用,计算结果更精确,而Winkler模型明显高估隧道纵向变形。结合有限元数值模拟和工程实例进行分析,证实所提出方法的有效性。研究成果为准确预测下卧隧道在基坑开挖卸荷作用下的变形提供了一定理论支撑。

• 单位
  广西防灾减灾与工程安全重点实验室; 广西大学; 建筑工程学院