深基坑开挖变形监测及数值计算分析

针对地铁车站深基坑开挖所产生的一系列岩土工程问题,尤其是开挖引起的基坑变形和周边沉降问题,根据现场实际监测数据,并结合数值模拟计算,建立三维基坑应力-渗流耦合模型,就基坑开挖过程中基坑内立柱桩沉降、地连墙墙体深层水平位移和周边地表沉降等进行重点研究。结果表明,在基坑第四道支撑完成前,立柱桩隆起速率较大,之后减缓;墙体深层水平位移表现为先增后减的"弓"型曲线,最大值出现在开挖面附近;基坑周边地表沉降表现为"凹"槽型。     

深软场地地铁车站深基坑开挖变形实测分析

研究目的:对某大型地铁车站深基坑开挖过程中的软弱场地变形监测结果进行了统计分析,对基坑开挖引起的地面沉降、墙体水平位移和立柱桩体沉降的时空变化规律进行了整体分析,尤其是对不同基坑开挖深度对基坑变形速度的影响规律进行了总结。相关的结论和建议对城市软弱地基内地铁车站深基坑的变形监测方案设计、施工组织设计和施工安全控制等都具有一定的参考价值和指导意义。研究结论:(1)在深软场地深基坑开挖完成后地铁车站主体结构施工过程中拆撑可能造成地面的沉降比基坑开挖过程中产生的累积沉降还要大,应加强地铁主体结构施工过程中地面的沉降观测;(2)基坑侧壁水平累积位移与每次开挖土层厚度及其土层性质关系密切,随着开挖土层埋深的增大,基坑侧壁水平累积位移累积速度明显加快;(3)当基坑开挖深度有较大差异和基坑底部土层厚度分布极不均匀时,应考虑验算立柱桩的差异沉降;(4)软弱场地深基坑工程开挖引起的场地变形时空效应非常明显,随着开挖的进行,应沿纵向按限定长度逐段开挖,在每个开挖段分层、分小段开挖。     

北京地铁地连墙基坑变形规律研究

为研究北京地铁地连墙基坑受力变形特征,采用统计法对近5年期间北京在施地铁基坑变形监测数据进行整理分析,并按照围护结构厚度及支撑体系类型对地连墙基坑进行分类,得出不同类型基坑地表、墙体、格构柱的变形规律以及基坑沉降槽曲线,提出地表隆起及墙体变形的新模式。结果表明：1)基坑监测范围内的地表变形中,地表隆起占比高达20%～45%,支撑体系类别及围护结构厚度不同对地表隆起比例与最大变形范围存在不同影响;2)根据墙顶变形方向及幅度,将墙体变形分为4种类型,开挖深度对墙体变形量的影响要大于围护结构厚度对土体变形的约束作用;3)墙顶的变形规律以上浮为主,占统计数据的90%以上;4)格构柱同样以隆起为主,大于墙顶隆起。     

分仓墙兼作抗拔墙在地铁明挖车站基坑中的应用

以北京地铁8号线永定门外站在全国首次采用地铁车站水下开挖封底混凝土浇筑工程为背景,介绍采用分仓墙结构解决封底混凝土一次浇筑的技术问题,同时分仓墙兼作抗拔墙,以满足基坑抗浮要求。通过有限元分析分仓墙布置形式对地连墙支护结构变形的影响,对基坑分仓墙平面布置结构进行了优化设计,并系统阐述了分仓墙的关键施工技术。     

基坑开挖方式对轨道交通结构变形影响分析

研究目的:随着城市的不断发展,城市内地铁线路的建设越来越多,不可避免地会有大量基坑建设紧邻已建或在建的地铁车站或区间隧道,地铁深基坑的开挖工程对周边已有地铁建筑的相互影响也日益突出。本文以苏州轨道交通1号线星海街站为例,通过对车站两侧基坑的两种不同开挖工况进行数值计算,分析基坑对称开挖与非对称开挖对已有轨道交通的变形影响,拟获取不同开挖方式工况下对既有地铁车站结构变形影响的基本规律。研究结论:(1)基坑开挖对地铁车站结构变形的影响主要体现在垂直地铁轴线方向的变形及竖向沉降;(2)相对于非对称开挖,基坑对称开挖对地铁车站结构的变形影响较小;(3)从对地铁车站结构变形影响最小化的角度来看,当具备对称开挖基坑条件时,建议采取两侧基坑同时开挖的方法;(4)本研究成果可为今后地铁安全评估提供参考。     

基坑不同施作顺序引起邻近车站变形对比分析

研究目的:邻近已建成地铁车站深基坑开挖卸载会引起车站结构不均匀变形,而不同施作顺序对其变形特性的影响还缺乏系统认识。结合长沙地区某地铁车站工程实例,基于数值方法对不同施作顺序下深基坑开挖引起的邻近地铁车站变形规律进行对比分析,并探讨车站基坑明挖顺作段和盖挖逆作段在不同开挖深度时围护结构及车站主体结构的变形特性。研究结论:(1)随着开挖深度的增加,地铁车站围护结构水平变形逐渐增大;(2)明挖顺作段由于基坑开挖引起的邻近地铁车站变形要明显大于盖挖逆作段;(3)盖挖逆作段由于基坑开挖引起的地面沉降变形较小,而不同施作顺序下地表沉降值均在结构安全和正常使用要求的范围之内;(4)该研究成果可为邻近既有地铁车站深基坑设计与施工提供参考。     

考虑蠕变的邻近地铁隧道深基坑开挖工序优化

研究目的:针对现有软土地层邻近地铁深基坑开挖工序研究没有考虑软土的流变特性且缺乏系统性的情况,以深圳地铁11号线前海湾车站为工程背景,通过考虑淤泥地层的蠕变特性,模拟研究基坑不同横向、纵向分块和竖向分层开挖对基坑和邻近地铁隧道的变形影响,以期为前海湾站基坑的开挖工序选择提供理论依据。研究结论:(1)当基坑水平向只横向分块时,应先开挖远离隧道一侧的基坑土体;(2)基坑竖向分层开挖、只纵向或横向分块开挖时,桩最大水平位移与分块数呈指数关系;水平方向不分块时,竖向分层开挖厚度控制在1.5~2 m之间可使基坑靠近隧道一侧桩体最终变形值减小9%;(3)在分块数相同且不改变支撑架设的条件下,基坑横向分块且远离隧道一侧先开挖的效果最好,其次为横向和竖向都分块,最后为纵向分块;(4)研究结果对前海湾车站基坑以及类似深基坑工程的施工具有指导意义。     

复杂基坑施工对相邻地铁车站沉降的影响分析

研究目的:既有的地铁车站周边常存在后续的商业开发,基坑邻近车站施工会对其结构变形产生不利的影响。本文以天津市天河城购物中心复杂基坑施工为背景,通过三维数值分析,计算基坑的两种开挖方案引起的相邻天津地铁3号线和平路站的沉降值,并评估两种方案对地铁结构安全性的影响,为施工方案的选择提供依据。研究结论:(1)基坑在降水与开挖共同作用下,坑底出现微隆起,基坑周边地表出现沉降槽,地铁车站以沉降变形为主;(2)原方案能更好地控制地铁车站变形,调整方案引起的车站最终沉降略大于原方案;(3)两种方案均能满足地铁变形控制要求,调整方案的工期比原方案减少3个月,经综合比选后推荐采取调整方案;(4)本文根据实际工程进行分析研究,其成果可应用于基坑紧邻地铁施工对既有地铁车站影响的处理。     

软土地区深基坑超邻近建筑物施工的保护技术

以苏州轨道交通5号线某车站深基坑工程为例，研究了软土地层深基坑施工对邻近建筑物的影响规律。通过分析地下连续墙施工及深基坑开挖引起的建筑物沉降原理，提出了多种针对性保护措施，并结合实测数据对建筑物沉降和地面沉降规律进行了分析。研究结果表明：地连墙成槽后，土体最大水平位移出现在距离地面1/5 H(H为地连墙深度)处，且地连墙成槽阶段产生的沉降约占地连墙施工总沉降的90%;地连墙施工引起的建筑物沉降随施工步骤逐渐增加，在混凝土浇筑完成后趋于稳定，最大沉降量约为0.98 mm;基坑开挖阶段，建筑物沉降随着开挖深度的增加而增大，建筑物最大倾斜值为1‰,满足控制要求。     

基坑开挖对已建地铁站结构的安全性影响研究

研究目的:已建地铁站后续物业开发时,超大基坑施工过程对地铁车站结构的影响较大,为了保证地铁运营的安全性,本文运用数值仿真分析模型,研究了基坑施工过程土体应力、应变特征,分析了基坑开挖对地铁车站结构的影响,评估了地铁车站结构的安全性,对项目进行可行性分析,并给出建议措施。研究结论:(1)地铁车站后续物业开发会对车站结构及轨道产生不利的变形影响;(2)基坑开挖过程中,地层的变形主要出现在基坑底部,施工时,应制定合理的施工方案,遵循"时空效应"原则,避免大块土体开挖;(3)模拟过程中,基坑沉降对地铁车站的影响主要表现在引起局部应力集中,需要对施工过程的关键点进行合理的简化,以保证模拟的准确性和计算的完备性;(4)施工过程中需加强对近邻地铁车站结构的变形监控工作,以保证线路安全营运和施工的顺利进行;(5)本文根据实际工程进行分析研究,其成果可应用于地铁后续物业开发对已建地铁结构影响问题的处理。     

砂卵石地层基坑开挖对侧方地铁交叉隧道和车站的影响分析

以成都某近邻运营地铁结构的基坑工程为背景,运用有限元法分析研究基坑大范围开挖卸载期间支护结构,尤其是斜撑加基底支挡桩支护形式的变形及受力特性,且重点分析基坑侧方地铁交叉隧道及车站的变形特性及受力变化。研究结果表明:(1)斜撑加基底支挡桩支护体系构造简单、受力明确;(2)基坑开挖卸荷使地铁隧道整体变形趋势表现为偏向基坑一侧,且变形分布形态呈"鸭蛋"状;(3)基坑开挖卸荷使侧方交叉隧道内力增大,且内力分布形态发生一定程度的偏转(偏向基坑侧),呈现出偏压状态,故实际工程中应加强动态监测;(4)基坑开挖期间近基坑侧车站端头发生整体上浮,而远离基坑侧发生下沉,即地铁车站发生一定程度的倾斜,因此基坑大范围开挖过程中应予以重点关注。     

某地铁车站深基坑开挖对临近管线的影响分析

半铺盖体系法进行地铁车站施工首次在西安地区应用,为了研究半铺盖体系基坑开挖对临近管线的影响,以西安地铁4号线某车站基坑为工程背景,对迁改后的管线沉降进行现场监测分析。得出管线沉降随时间的变化规律,在基坑开挖及底板施工阶段,管线沉降速率较大,施工需以信息化施工为主。借助ANSYS软件建立有限元模型,并依据实际工况设置模型监测点,对比分析现场监测结果和数值模拟结果,得出管线的沉降规律。同时,对基坑不同的分步开挖深度进行模拟,得出管线沉降受分步开挖深度影响较大,基坑开挖及底板施工阶段需引以重视。     

天津滨海软土地区地铁车站开挖基坑稳定性分析

研究目的:天津滨海地区多为海相沉积层,地下水位高,地层中存在淤泥质土。地铁建设首先面临的问题就是地下车站基坑的稳定性,保证基坑工程的安全性具有重要的经济和社会效益。本文对天津地铁某换乘车站基坑开挖施工变形规律进行研究,对于后续开工建设的地铁车站基坑工程具有一定的借鉴意义。研究结论:(1)在地下车站开挖过程中,受软土层突然应力释放及地下水位变化的影响,易引起周边建筑物地基的不均匀沉降,造成地面开裂、建筑物与地下管线变形。(2)本文利用有限元分析软件,建立三维数值模型,对基坑分步开挖施工过程进行动态模拟,对开挖过程中的围岩稳定性进行计算分析,得出:车站各主要受力构件均未达到极限强度,整个车站不会发生结构失稳破坏;车站基坑周围地表沉降量不大,对既有运营的地铁线路及车站围护结构的影响较小,开挖满足结构变形与周边建筑物的差异沉降变形控制要求。(3)本研究成果可为沿海软土地区地铁车站基坑开挖等类似工程提供参考。     

新建基坑工程对既有地铁车站的影响及对策

研究目的:某新建基坑位于既有地铁工程安全保护区内,基坑与地铁车站结构水平净距约2.0 m,新建基坑开挖不可避免地会对地铁结构产生影响,为了评定新建基坑在实施过程中对既有地铁结构的影响情况,依托通用有限元软件ANSYS,构筑拟建基坑与地铁结构的有限元模型对拟建基坑开挖过程中地铁结构的响应进行计算分析,以明确新建基坑开挖对既有地铁结构的影响程度,从而采取有针对性的措施。研究结论:(1)新建基坑施工对地铁车站影响显著,主要为基坑开挖及降水等过程;(2)基坑开挖至基底,主体结构未施作时影响最大,结构向着基坑开挖临空面产生位移,地铁结构在基坑开挖至基底时竖向最大位移为26.3mm,水平位移为17.8 mm;(3)建议开挖过程中采取措施尽可能减小新建基坑施工对既有地铁结构的影响,确保新建及既有工程的安全;(4)本研究结论可供类似基坑工程参考。     

地铁车站深基坑地下连续墙变形特征分析

上海、苏州等东南沿海软土地区深基坑围护大多采用地下连续墙结构,地下连续墙结构在开挖过程中的变形大小与变形规律直接关系到基坑的安全。根据上海地铁7号线杨高南路车站基坑的监测数据及数值模拟结果,分析地下连续墙的变形特征,发现基坑开挖过程中围护结构变形符合时空效应规律,围护结构变形速率及大小与分步开挖的空间尺寸及挡墙暴露时间密切相关;围护结构在基底附近达到最大值,增加围护结构厚度对控制其变形效果显著;监测数据显示围护结构变形受施工因素影响较大,施工中应重点从优化施工组织方面控制墙体变形。     

宁波软土地区相连深基坑开挖施工时空效应实测分析

软土深基坑施工期变形具有明显的时空效应,以宁波软土地区相连深基坑为工程背景,对软土地区相连深基坑开挖的时空效应开展研究。基于基坑施工过程中地表沉降、地连墙水平位移、支撑轴力的监测数据,分析施工工序、开挖深度等因素对不同位置处基坑结构与土体的变形影响,并通过有限元软件对2基坑同时开挖的情况进行计算讨论。研究结果表明:采用2个基坑单独开挖的顺序,在一个基坑开挖时,已完成的地连墙或已封顶的车站结构将对这一侧的地表沉降和地连墙水平位移有较好的约束作用;地表沉降与地连墙水平位移在基坑长边上的值大于端头部分,且这2个变形值具有明显的深度效应,即随着开挖深度的增加,变形值增加更快;支撑轴力的变化主要受开挖土体的位置影响,越近的土体开挖,支撑轴力增加越大;若采用2基坑同时开挖的方式,控制中间部分地连墙的变形将是重点,施工安全也面临较大挑战。     

同深基坑开挖引起紧邻地铁车站变形特性研究

紧邻已建成地铁车站单侧基坑开挖卸载会引起车站结构不均匀变形,但目前对其变形机制还缺乏系统认识。结合长沙地区某地铁车站工程实例,基于数值方法对同深基坑开挖引起的紧邻地铁车站结构变形发展变化规律进行分析,并讨论有效控制车站结构变形的主要施工措施。研究结果表明,随着开挖深度的增加,地铁车站围护结构水平变形逐渐增大,且增长的幅度逐渐减小;地铁车站主体结构整体刚度较大,对由基坑开挖引起的土体变形传递具有遮拦作用。     

基坑群施工引起邻近地铁高架结构变形分析

研究目的:软土地区基坑群施工对邻近地铁结构变形影响较为复杂。本文基于工程实例反演土层参数,综合考虑土体小应变、剪切强度、压缩硬化、加卸载等特性,分析基坑平面布置、深度、数量等因素下软土地区基坑群对邻近地铁结构的变形影响,以期为软土地区地铁高架结构周边基坑群施工变形控制提供参考。研究结论:(1)单个基坑与结构间的距离、基坑宽度及深度对结构变形均有明显影响;结构横向变形发展超过竖向,特别在距单个基坑约2H范围内(H为基坑深度);单个基坑开挖影响范围超过5H;基坑开挖宽度约为8H时,结构变形曲线产生较明显的拐点;结构变形在单个基坑开挖深度5 m内较小,但在开挖深度超过10 m后,变形明显;(2)单侧双坑不同开挖顺序对结构变形影响相当,但横向变形超过竖向;不同工序引起的结构变形曲线形态有明显差异;(3)对称双坑开挖引起的结构横向及竖向变形均表现出一定的非线性特征,结构竖向变形表现出较明显的非线性叠加效应,变形量约为单个基坑线性叠加值的1~1.5倍,不同工序对结构横向变形影响较小;(4)双侧四坑施工导致结构变形产生明显的非线性特征,结构横向最终变形较小,结构竖向最终变形曲线呈现明显的蝶形状特征,变形曲线在坑间出现明显拐点,且变形极值点从基坑中心对应区域向坑间移动;(5)对称双坑、双侧四坑间对应区域的结构最终横向变形曲线均表现出明显的回弹现象;(6)本研究结论对邻近基坑群的地铁高架结构整体变形控制有一定指导意义。     

地铁施工地表沉降的空间规律与统计特征研究

研究目的:地铁施工造成的周边地表沉降影响因素众多,经典理论难以精确计算,施工监测已成为重要工程决策的重要依据之一。因此,有必要基于现场施工监测数据,来研究复杂施工体系所造成地表沉降的空间规律及其统计特征,以期为类似工程提供理论依据与实践基础。研究结论:(1)地铁车站施工期间,基坑周边附属设施施工(如搅拌桩)可能引起基坑周边土体显著隆起,隆起值可达到[10 mm,25 mm];(2)地铁车站主体开挖期间,周边土体会产生显著沉降,在垂直于基坑边缘方向,各组测点沉降的最大值,发生在距离基坑边缘0.3~0.9倍开挖深度的区域,与文献全局最大值的结果整体吻合,呈现一定的区域性与离散性;(3)从观测数据统计特征的角度,可以认为沉降最大值发生位置分布在[0.5,0.73]开挖深度的区间,其均值约为0.65,中位数约为0.64,均方差约为0.11;在此区域应重点监控,加强防护;(4)车站基坑平面形状较为复杂区域的地表沉降最大值,有可能偏离已有研究与监测数据的统计区间,建议工程中对局部施工方案进行针对性优化;(5)本研究成果可为我国城市地铁建设的相关设计与施工提供参考依据。     

内支撑体系下装配式车站基坑支护受力研究

以深圳地铁装配式车站中医院站为工程背景,结合车站所处的工程地质条件以及装配式车站的施工工序,采用ABAQUS有限元分析软件,建立地层-结构模型,重点分析装配式车站施工过程中基坑的变形规律、支撑轴力变化规律及倒换接续支撑的受力特点。首先,分析装配式车站基坑变形,主要分为开挖阶段和车站拼装阶段,地连墙总变形为10.31 mm,其开挖阶段占比较大,占总变形的88.6%,开挖过程中基坑变形趋势与现浇车站一致;其次,在支撑倒换及结构拼装过程中,地连墙变形占总变形的11.4%,变化范围为0.05～0.99 mm,其变形的量值及变形的范围同现浇车站均存在较大的差异;再次,分析拆撑、换撑的工序及受力特点,拆撑及换撑是装配式车站施工的重要施工步序,在靠近拆撑环的中板临时支撑轴力较大,占整个换撑轴力的80%,因此在布置接续撑时,靠近换撑的1环接续撑数量可适当增加,远离换撑1环接续撑可减少支撑数量;最后,对比数值计算和现场监测结果,两者的变化规律基本一致,验证数值分析的有效性。