地铁车站基坑支护结构模拟分析及优化研究.pdf

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1、基础与结构工程器Foundation敬StructureEngineering地铁车站基坑支护结构模拟分析及优化研究孙景凤(北京市公路桥梁建设集团有限公司三分公司，北京100076)摘要：以明挖法地铁车站基坑支护方法为研究对象，在考虑初始地应力、开挖步骤、地层物理参数诸多因素基础上．采用有限差分软件MIDAS—GTS对基坑开挖过程进行模拟研究分析。研究结果表明，采用支撑与地下连续墙体系结构作为支护结构满足工程要求，也可以对支护方案进行优化，使其更具有适用性。关键词：地铁；车站；基坑支护；模拟；优化中图分类号：U231．4文献标志码：B文章编号：1009—7767(2012)03—0131-04

2、ResearchonSimulationAnalysisandOptimizationofPitSupportingStructureforMetroStation长沙市某地铁车站采用明挖法施工，且沿道路呈1支护方案选择“一字”型布置。其长度为258．562Ill；标准基坑宽度为地铁车站作为特殊的地下建筑，处于城市中心。地21．1～22．4m，基坑最宽处(车站东侧端头)为29．4m；车面车辆、人流对施工均存在影响，而且，由于与地面站主体基坑深度为24．15～l9．87m：围护结构采用连续建筑物相邻很近．基坑开挖过程中地面位移对周围墙加内支撑结构形式，第1道支撑为钢筋混凝土支撑，建筑物将产生影响

3、，因此对基坑支护方案提出更高其余3道支撑为钢管支撑；主体结构采用现浇钢筋混的要求凝土箱形框架结构。车站南侧距离道路约9m，周边建地下连续墙作为地下建筑基坑支护是比较常用的筑物距离基坑最近处约25m。支护结构，较其他支护结构有更好控制周围地面沉降、车站勘察区内揭露地层主要包括：表层为杂填土，基坑变形和变形稳定及可缩短施工工期、扩展地下空主要成分为黏土、建筑垃圾等：其下零星分布第四系间等优点。地下连续墙常与立杆、支撑、纵向横梁构成全新统淤泥质粉黏土，局部分布第四系更新统粉质黏支护体系。在工程中被广泛应用。但也由于不同组合形土、砂、卵石；下伏基岩为断层角砾岩，局部见元古界式的支护体系有不同作用，且施

4、工难易程度、费用高低板溪泥(砂)质板岩。不同，则对某一特殊工程支护体系可进行优化。地铁车站深基坑工程作为复杂的综合性岩土工2三维数值模拟程，其支护方案的确定不仅影响整个工程的施工进度2．1基本假设和工程造价，而且作为地下建筑公共设施，其安全性及为了简化计算，故在满足计算精度要求和可以得稳定性极为重要『lI。国内外大量试验及研究表明，基到有效结论的条件下，基本假设如下：坑支护结构不同对地表沉降及基坑隆起大小均有影1)同一材料均为均质、各向同性；响【2-。在原设计中，车站采用了支撑+立柱+纵向连2)土体为理想弹塑性材料：梁+横向支撑与地下连续墙的支撑体系，但由于工期极3)不考虑土体排水固结；紧，且

5、该支撑体系实际施工操作难度较大，因此特建立4)忽略连续墙分幅引起的刚度变化；有限元模型，分析时仅考虑横向支撑与地下连续墙的5)混凝土材料和钢支撑材料均按线弹性考虑；支撑体系的可行性，来对原设计进行优化。6)不考虑支护结构施工对土体的扰动。2012-~-$3期(5一)第30卷，{}荭投未131器基础与结构工程Foundation＆StructureEngineering2．2模型参数确定成，故应该将地基土的沉降置零，并计算地基土的自模型中岩土和结构部分的具体参数见表1、2。重应力。使用MIDAS—GTS计算模型土体的白重应力云图见图1。表1模型中岩土土层参数杂填土4．519252020粉质黏土5

6、．5204O2525断层角质岩50241204032混凝土支撑1．0x0．624．O钢管支撑0．609．厚0．01678．5图1地应力计算(沉降置零)∞枷∞如连续墙，底板厚1．024．0横梁0．5xO．524．0咖3计算结果分析根据2种支护结构的有限元计算结果可知，支护立柱0．3，厚0．O178．5结构的轴力、弯矩，基坑开挖引起的地表沉降以及坑2．3建立模型底隆起等参数值均随着基坑开挖深度的增加逐渐增车站基坑设计开挖宽度为23．111'1．根据有限元分析大。故比较支护结构的参数值时均以最后一次开挖的可知，基坑开挖对周围土体和建筑物的影响区域大致结果值为准，见表4。为3～5倍开挖宽度，现取有限元

7、模型的宽度为100m。表4支撑内力、地表位移以及坑底隆起的最大值8～13轴线之间的间距为6113，取5跨进行计算，故模型的长度为30m，基坑开挖深度为21．75m，数值计算模型总高度为57m。最后，模型整体尺寸为30mxl00rex57ITI第1道支撑一473—726(长X宽×高)。最大轴力／车站基坑共分5层开挖，每层开挖深度依次为：kN2．85，5．4，5．4，3．7，4．4111；共采用4道支