地铁车站深基坑支撑系统优化研究.pdf

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1、第25卷第6期土工基础Vb1．25No．62011年12月SoilEng．andFoundationDec．20l1地铁车站深基坑支撑系统优化研究王场，肖昭然，蒋敏敏(河南工业大学土木建筑学院，郑州450052)摘要：利用数值模拟手段和现场土工参数，分析了支撑安装位置、支撑水平间距、支撑预加应力三个参数变化对车站基坑开挖过程的影响，并运用总结出的影响规律，对郑州市地铁车站基坑工程支撑体系原设计方案进行了分析和优化。通过与原设计方案的对比分析，得出优化后的设计方案在控制基坑变形和节省工程造价两个方面有较大改善。关键词：深基坑，支撑系统，变形，优化，数值

2、分析中图分类号：TU473文献标识码：B文章编号：1004—3152(2011)06—0031—0041引言地铁车站大都位于城市闹区，场地狭窄、周边环境复杂。如何在深基坑工程中做到经济安全的统一，成为亟待解决的课题。随着计算机技术的发展，利用数值模拟手段可以科学、快捷地对基坑各部分在开挖过程中的受力变形进行计算，利用有限元方图1车站结构剖面图法对基坑方案进行优化分析就是一种有效手段。结构分析的大型有限元计算程序，可以很好地对整个基坑开挖过程进行模拟，并可计算出各施工阶段2工程概况土体和结构的变形、应力情况。场地各主要土层物理力学参数见表1。维护桩采用

3、刚度等效原则转化郑州地铁黄河东路站是郑州市轨道交通1号线为板单元模拟；支撑采用桁架单元模拟，可对结构单一期工程的中间站和远期规划线路6号线的换乘车元施加预应力轴力，以模拟结构实际的受力情况。站。车站为地下2层结构，总长268．35m，宽12．0表1场地主要土层的组成及指标m，开挖深度约为17．6m。基坑采用明挖法施工，土层名称E(MPa)7(kN／m。)c(kPa)(。)围护结构采用直径1ITI、间距1．2m的钻孔灌注桩，杂填土7．118在钻孔灌注桩外0．3m处，采用直径0．85m、问距粉土517．610．3190．6m的三轴搅拌桩作为止水帷幕，标准

4、段基坑内粉土9．118．61517设置4道支撑，均采用直径609mm、壁厚14mm的粉土3．8l916．820．5钢管和I45b型钢围檩，预应力按不大于设计轴力粉质粘土8．118．9211540～6O％施加，水平支撑中心间距约为2．6m。粉土10．119．417．519车站结构剖面如图1所示。粉土4．219．31623粉质粘土11．2192O13．53基坑开挖的数值模型粉土16．519．72023．5粉砂262O．4325MIDAS／GTS程序是专门用于岩土隧道领域细砂212O．9027收稿日期：2011一O3—09作者简介：王场。男，1984年生，

5、硕士，主要从事深基坑方面研究。续表1水平位移量fmm)弯矩(kN·m)051015400—20002004006000—5。：苫一10模型的边界约束采用侧限边界，底部为固定边一§界。为消除边界约束的影响，选取计算模型的范围一15迷为260in×140m×60m(长×宽×深)。考虑到施—205m工过程中璀坑周边会堆放重物和行驶车辆，地面超0m，、—2载取20kPa。基坑开挖与支护分为5个阶段，分别图4不同首道支撑位置圈5不同首道支撑位为土体开挖至一1．9m、一7．4m、11．4m、～l3．9的桩体水平位移置的桩体弯矩m、一]7．6m。计算模如2、图3所

6、示。表2不同首道支撑位置对应的基坑变形最大值从图6、图7可以看出，末道支撑位置下移，桩图2基坑计算模型体水平位移会随之变小；桩体弯矩会有所减小，但整体变化不大。表3所列出的是不同末道支撑位置对应的基坑变形最大值，从表中可以看出，末道支撑的位置变化主要对围护桩体位移和桩体内力产生较大影响，对于基坑周边地表沉降等影响较小。弯矩(kN·m)50On5001000一：’g一1。一图3基坑支护系统4支撑体系参数对深基坑影响分析，‘图7不同末道支撑位4．1支撑位置对基坑的影响置的桩体位移置的桩体弯矩基坑开挖过程中，开挖位置和支撑位置对基坑支护结构的内力和变形影响

7、较大，在数值计算中对表3不同末道支撑位置对应的基坑变形最大值首道支撑和末道支撑进行位置调整，并进行对比分析。首道支撑位置分别选取一1．5m、一3．0m，末道支撑分别选取一13．4m、一14．4m。从图4、图5可以看出，首道支撑位置越低，桩体顶端的水平位移越大，但是桩体中部水平位移量会变小；桩体弯矩整体变化不大，但桩体上部弯矩会有所减小。表2所列出的是不同首道支撑位置对应4．2支撑水平间距对基坑的影响的基坑变形最大值，从表中可以看出，首道支撑的位对于常见的条形车站基坑来说，支撑水平间距置变化对围护桩顶位移和桩体内力产生较大影响，变化会改变支撑体系的刚度

8、，结合实际工程特点，分对于基坑周边地表沉降等影响较小。别选取了1．5m、2．6m、4m、6m、8m的支撑水平