严寒地区深基坑土体温度场动态变化研究

对冬季期间呼和浩特地铁车站主体深基坑进行现场土体温度测试,分析测试孔温度变化规律,得出基坑截面冻结范围;同时,提出水热力耦合模型,拟合实测气温数据得出基坑表层土体温度曲线,通过建立数值模型对基坑土体温度场进行模拟。并比对现场试验数据对模型进行验证,研究严寒条件下深基坑土体温度场动态变化规律。结果表明:基于水热力耦合模型基坑温度场模拟仿真,与现场检测试验数据变化规律基本相同,可作为基坑温度场模拟计算有效手段,为进一步分析研究土体冻胀应力提供基础支撑。     

兰州地铁世纪大道站基坑支护监测与数值模拟

研究目的:兰州地区的工程水文地质条件特殊,关于地铁深基坑的桩撑支护设计、施工监测及数值模拟研究尚属空白。本文以兰州地铁世纪大道站基坑为例对桩撑支护结构设计为例,对桩顶水平位移、桩体水平位移、内支撑轴力和地表沉降监测结果进行研究。研究结论:(1)基坑开挖初期,桩身呈向坑内变形的前倾型曲线,随着基坑的开挖和支撑的安装,桩身变形曲线逐渐向")"形变化,最大水平位移发生的位置也随之下移,一般出现在桩体中部的4~10 m范围,约为坑深的1/3~2/3;(2)基坑开挖过程中,实测圈梁水平位移一般为5~10 mm,远小于规范30 mm控制值;(3)桩底附近仍有少量位移,说明将支护桩嵌固段作为固定端的设计方法有待完善;(4)地表沉降和水平位移大小分布是对应的,基坑周边土体呈现沉降一隆起一沉降一隆起一沉降状态,最大地表沉降约位于基坑外侧1/3倍坑深处;(5)采用有限元软件ADINA模拟基坑开挖过程,将有限元计算值与实际监测结果进行对比,发现二者比较接近,发展变化趋势几乎一致,说明有限元分析的结果可靠,桩撑支护结构支护效果理想;(6)本研究成果可为类似深基坑工程的设计和施工提供借鉴。     

季冻区深基坑温度场及冻胀变形研究

考虑热对流和热传导作用,结合Laplace变换和Laplace反演推导基坑土体温度场解析解,并采用Matlab编程求解、分析其温度分布规律。依托哈尔滨某越冬施工的深基坑工程实例,采用有限元数值分析方法,分析冻胀对基坑影响及安全措施控制效果。研究结果表明:基坑暴露在低温环境下的时间越长,土体的冻结深度越深,但冻结深度增加速率随时间逐渐变慢;受冻胀影响基坑围护结构裸露段水平位移增加了11.5%～35.7%,且围护结构角隅位置受冻胀影响最大,冻胀对基坑影响不容忽视;较未设置保温层工况,保温层的设置使围护结构水平位移降低了11.6%～22.6%,保温层隔热效果明显。     

基坑支护结构两侧有限土体作用数值模拟分析

本文应用数值模拟的方法,以北京市通州区某典型深基坑土层条件为基础,研究了支护结构两侧有限土体范围及坑中坑宽度对支护结构桩顶水平位移、桩身最大弯矩及桩身土压力分布的影响。计算结果表明:(1)在北京地区地层条件下,基坑外侧有限土体对支护结构的影响范围为1.5h,当基坑外侧有限土体范围为大于1.5h(h为基坑深度)时,基坑外侧土体对支护结构影响较小。(2)基坑内侧有限土体对支护结构的影响范围为1.5h,当基坑内侧有限土体范围为大于1.5h时,坑中坑施工对支护结构影响较小。(3)坑中坑宽度对支护结构的影响较小。研究成果对相关工程的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

钢支撑伺服系统在富水软弱地层深基坑施工中的应用北大核心

苏州地铁5号线劳动路站在富水软弱地层中进行深基坑施工,车站三区支护采用了钢支撑伺服系统。根据现场监测数据分析了深基坑的变形规律和该伺服系统对基坑变形的控制效果。结果表明:基坑壁的侧向变形随着深度的增加由外扩逐渐变为内鼓,埋深小于等于22.5 m时基坑壁背离基坑变形,埋深大于22.5 m时基坑壁朝向基坑变形;有无钢支撑伺服系统条件下基坑壁侧向最大变形量分别为14.9、34.15 mm,伺服系统对变形的控制效果较好;随着基坑施工的进行,测斜管上不同标高处变形量整体呈增大趋势,每一次开挖都伴随着变形量的增大,每一次支护都能将变形稳定一段时间。研究成果可为地铁车站深基坑工程支护设计提供参考。     

某地铁深基坑桩撑支护结构施工力学行为分析

研究目的:特殊红砂岩地层严重影响兰州地铁车站深基坑支护施工安全,因此研究特殊红砂岩复杂环境下深基坑施工力学行为迫在眉睫。本文以兰州地铁1号线东方红广场站深基坑桩撑支护结构为工程背景,依据现场监测结果和数值计算模型对比分析了围护结构、周边建筑物及地表沉降的位移变化规律。研究结论:(1)数值模拟结果和现场监测结果对比分析表明,两者的结果相近,变化趋势基本一致,说明运用生死单元法对基坑开挖支护分析的结果可以为深基坑的设计与施工提供有效指导;(2)现场监测桩顶水平位移最大值为10.51 mm,小于30 mm的控制值,这说明咬合桩+钢支撑的支护结构可以有效地控制兰州特殊红砂岩地层基坑位移;(3)随着基坑开挖和支护的持续进行,桩身的前倾型变化曲线逐渐成为"鼓肚"形,最大测斜值为10.56 mm,发生于2/3倍的开挖深度附近;(4)随着基坑的不断开挖,周边建筑物距离车站越远,其竖向沉降位移越小;(5)基坑周边的最大沉降发生于距离基坑边缘1/3倍坑深处;(6)本研究成果可为兰州地区类似特殊地层地铁深基坑的设计与施工提供指导。     

地铁与紧邻地块深基坑同步开挖相互影响分析

研究目的:随着地铁与周边地块同时建设的工程越来越多,两者基坑一般呈深且大的特征,基坑同时开挖风险较大。基于此,本文以西北某市在建地铁基坑与周边地块基坑同步开挖为工程背景,对不同开挖工况下两基坑的变形规律及趋势进行研究,并结合现场实测数据对比分析,以期为类似地铁基坑工程建设提供一定的理论参考和工程经验。研究结论:(1)在两基坑间距小于基坑深度的2倍范围时,两基坑同时开挖相互影响很大,必须进行有限元分析出临界安全工况,并相应给出推荐工序;(2)在两邻近深基坑同时施工中,会出现支护强的一方基坑向支护弱的一侧基坑整体偏移的趋势,应对支护弱的一方基坑加强设计;(3)建议深基坑同时施工时,尽量在平面上及具体工序上错开施工,竖向上支撑位置处于同一高度,有利于两基坑的安全;(4)本研究可为地铁与周边地块基坑同步施工等类似工程提供一定的理论参考及工程借鉴。     

紧临既有地铁站两侧深基坑支护与施工方案研究

以北京地铁10号线二期角门西站主体明挖基坑工程为例,对避免影响既有4号线地铁车站运营的深基坑支护及施工方案进行了探讨,针对两线结构间土体不加固且单侧开挖实施完毕再开挖另一侧、土体加固且单侧开挖实施完毕再开挖另一侧、土体加固且两侧非对称开挖3种不同施工方案,采用Plaxis有限元分析软件分别建立二维岩土-结构模型进行了数值模拟分析,提出两线结构间土体加固对减小既有线地铁结构位移的必要性、含吊脚桩深基坑的支护做法以及两侧深基坑非对称开挖条件下既有地铁结构的位移变化规律等结论,可为类似工程提供参考。     

成都地铁17号线东延伸段膨胀土胀缩变形力学特性

为了研究成都地区典型膨胀土深基坑的支护参数，采用现场调研、室内试验、数据分析和现场监控量测等方法，以成都地铁17号线二期东延伸段威灵站深基坑工程为例，开展膨胀土的自由膨胀率、无荷载膨胀率及膨胀力等胀缩变形力学特性研究。结合现场施工监控量测分析，研究了各施工步骤下基坑的支护桩水平位移、断面支撑轴力和地面竖向位移的情况。研究结果表明：(1)该地区膨胀土主要分布在地下5～10 m深度处，主要为弱膨胀土，自由膨胀率在50%以内；(2)试验土样的无荷载含水率与含水率有较大的关系，遇水后的无荷载膨胀率随着土样含水率的增加而降低；(3)随着土体含水率的增加，试验土样的膨胀力呈线性降低趋势；(4)随着基坑的开挖，支护桩的水平位移逐渐增大，其主要发生在第1道支撑和第3道支撑之间，桩体主要向基坑内侧偏移，少部分向基坑外侧偏移；(5)支撑轴力出现过大的现象，当开挖至轴力监测点ZL32-3支撑位置时，ZL32-1测点处的支撑轴力超过设计值约50 kN;(6)从地面竖向位移监测结果来看，该工程深基坑开挖支护设计总体可控。     

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。     

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。     

地铁深基坑开挖对下部既有公路隧道的影响分析

以昆明地铁3号线西山公园站深基坑工程骑跨既有公路隧道为工程背景,利用Midas-GTS建立二维数值模拟深基坑全过程,研究基坑开挖对下方既有隧道的变形影响规律。分析坑内加固和基坑时空效应施工措施对控制隧道上抬变形的影响,结合现场实际监测数据和有限元分析表明:(1)基坑开挖对下部岩体具有显著的垂直方向卸荷作用,其受力状态和形状的改变程度受限于上部土体性质、土体开挖量、开挖方式及隧道围岩性质;(2)坑内加固后可明显降低隧道衬砌的隆起变形,降幅约为18%;(3)实际监测数据略小于计算结果,但变形趋势二者较为吻合。     

舟山沉管隧道南岸深基坑围护受力实测分析

研究目的:舟山沈家门海底隧道南岸深基坑最大开挖深度14.8 m,采用SMW工法桩和混凝土、钢管支撑围护,为浙江省内最深的临海沉管隧道基坑,周边环境极为复杂。本文对临海深基坑施工过程中的支护结构内力和水土压力进行实测分析,为类似工程提供宝贵经验。研究结论:(1)随着土层的开挖,支撑轴力增加,而且该土层对应的支撑所受的影响最大,各道支撑轴力的大小表现出不均匀性;(2)围护桩弯矩也随基坑开挖深度的增而增加,内支撑可有效降低桩身弯矩最大值;(3)基坑开挖初期,开挖面以上的实测土压力随着开挖深度的增加而减小,基坑开挖后期,土压力随着施工的进行渐渐增加,较深土层的土压力变化比浅层土层的土压力变化要滞后;(4)随着施工的进行,孔隙水压力先减小后稳定,孔隙水压力变化与基坑开挖及降水紧密相关;(5)本研究成果对于邻近海岸沉管隧道深基坑施工及设计具有参考价值。     

基坑开挖引起邻近运营地铁车站变形特性研究

邻近已运营地铁车站单侧深基坑开挖卸载会引起车站结构发生不均匀变形,但目前对其变形机制还缺乏深刻认识。结合长沙地区某地铁车站工程实例,基于数值方法对深基坑开挖引起的邻近地铁车站结构变形发展变化规律进行了分析。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,且最大水平位移发生在桩顶;开挖过程中既有地铁车站底板局部向上抬升,且车站整体发生背向基坑的倾斜;基坑周边地表沉降随着基坑开挖的进行逐渐增大,但仍在结构安全和正常使用要求的范围之内。     

地铁双线隧道冻结施工期地表冻胀解析预测方法

隧道人工冻结施工期地层的冻胀现象会对工程周边环境产生不良影响,合理的地表冻胀预测方法对隧道冻结设计和施工具有重要意义。为此,针对地铁双线隧道冻结施工期地表冻胀问题,考虑土体结冰温度,同时假设冻结管管壁温度恒定,采用单管冻结理论与平板冻结理论求解冻结锋面半径解析解。进而基于随机介质理论,考虑冻结壁发展过程,分别建立地铁双线隧道冻结壁交圈前后地表冻胀的历时预测模型,并采用Maple数学软件编制相应的数值计算程序,结合工程案例开展准确性分析,通过对比验证该预测模型的准确性,同时说明地表冻胀位移分析中考虑土体结冰温度及冻结壁平均温度的必要性。最后,采用因素分析法,分析3种隧道埋深(6,12,18 m)和4种隧道净距(0.25D,1.0D,2.0D,3.0D)条件下地表冻胀位移的演化规律。结果表明,随着隧道净距的增加,冻土层中产生的冻胀叠加效应逐渐减弱,双线隧道中心线处地表冻胀位移最大值逐渐减小,其形态存在由“双峰”型向“单峰”型转换的过程;当隧道净距恒定时,随着隧道埋深的增加,地表冻胀位移整体呈下降趋势,隆起形态由“单峰”型转为“双峰”型,且隧道埋深对于地表隆起形态的影响程度大于隧道净距。研究...     

下穿浐河地铁站深基坑与降水设计研究

研究目的:随着城市轨道交通网格化发展和城市地下大空间开发需求的增长,地铁穿越河流成为难题及重点。研究地下水与周边地层有水力联系的河岸边强透水砂卵石地层地下空间深基坑开挖支护措施成为必须。本文以西安地铁1号线浐河站为例,对下穿浐河强透水砂卵石地层的地铁站及地下大空间开发的基坑支护结构设计进行研究。研究结论:(1)在强透水层砂卵石地层中深基坑开挖采用地下连续墙的基坑支护形式,为地下连续墙在浐河岸边的应用提供了示范效果;(2)地下连续墙在砂卵石地层中施工易塌孔问题可通过在护壁泥浆中掺加膨润土等措施来改良;(3)强透水地层地下连续墙墙幅间优先采用锁口管连接,可起到良好止水效果;(4)浐河岸边随季节变化,水位变化较高,可采取在地下水位变化幅度2.5 m范围以上浅部基坑放坡开挖+深部基坑地下连续墙支护结构形式,其经济效果明显,为后续地下连续墙在西北地区富水砂卵石地层中的应用起到示范引领作用;(5)本工程的成功实施,可为西北地区浐河岸边类似强透水砂卵石地层地下空间开发及深基坑支护结构设计等方面提供参考和指导。     

半幅铺盖法地铁车站基坑中立柱变形规律研究

研究目的:对于半幅铺盖法地铁车站基坑,中立柱作为其特有的支护结构,直接影响着施工安全,但中立柱变形规律复杂,在黄土地区对其还缺乏系统认识。本文以西安黄土地区首个半幅铺盖法地铁车站基坑为工程背景,对中立柱的变形机理及变形规律进行研究,以期为该施工工法条件下黄土地区车站基坑围护结构设计提供参考。研究结论:(1)中立柱的变形主要受基坑降水、车辆荷载、盖板及支撑自重、结构自重和坑底土体隆起影响,其中坑底土体隆起影响最为显著;(2)中立柱累计变形可以分为微小下沉阶段、连续上升阶段、下沉阶段和稳定阶段四个阶段,其中最大值发生在第二阶段;(3)中立柱隆起值随着土方开挖深度的增加而增大,因此设计时必须考虑中立柱隆起问题,确保中立柱具有足够长度;(4)采用钢筋混凝土支撑加路面板组成的临时路面系统和分八步实施的施工工序,可使中立柱沉降值在安全范围内;(5)该车站采用的施工方法和支护结构的各种设计参数可为以后黄土地区类似地铁车站基坑工程提供参考。     

新建地铁车站施工对既有地铁车站的影响研究

文章基于苏州地铁某车站,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究深基坑开挖对周围土体影响规律,分析新建车站施工对临近既有车站受力变形影响。经研究,基坑开挖前2/3深度时,对周围土体扰动主要表现为沉降范围扩大,继续开挖及随后的回筑阶段对周围土体的扰动以沉降量增加为主;新建车站施工,既有车站地下一层侧墙受压,最大压应力出现在顶板高度处,地下二层侧墙以受拉为主,且拉应力处于较高水平,最大拉应力出现在该层中部;新建车站施工时,既有车站靠向基坑方向倾斜;既有车站顶板靠近基坑一端出现沉降,随开挖深度增加顶板逐渐抬升,开挖过程中沉降值减小45.8%。     

连续变形场渗透力对基坑抗隆起失稳上限分析

研究目的:地下水是造成基坑失稳的一个重要因素,为体现地下降水和超孔隙水压的影响,本文采用基于Rayleigh分布的沉降曲线,构建基于Terzaghi机制的基坑抗隆起连续变形场机制,以形成考虑地下水渗透力作用下的深基坑抗隆起安全系数计算方法。研究结论:(1)将渗透力视为外荷载施加在土体微元上,考虑土体参数(c和φ)对剪切强度的影响并推导了沿深度逐渐递增的抗剪强度的简化计算方法;(2)将渗流场做功代入虚能量守恒平衡关系式,通过对地下水位、颗粒流失、土体参数、墙长等主要参数指标的分析和工程实例的对比验证,论述了本文方法的适用性;(3)实例验证表明,对于受降水和超孔隙水压影响较为明显的深基坑开挖,渗透力的存在一定程度上降低了基坑抗隆起稳定性;(4)本文计算方法有助于弥补现有方法的不足,对预测受地下水影响明显的基坑安全稳定性具有更高的精度。     

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。