半逆筑法施工超大地铁深基坑工程支护方案研究--硕士论文

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半逆筑法施工超大地铁深基坑工程支护方案研究硕士学位论文姓名：孙立柱学号：TSP070504075Q导师：江玉生日期：2010年6月 环形支撑体系的应用概况在当前应用的基坑支护体系中，对于深大基坑软土地基或城市改造密集建设区的基坑支护，采用环形内支撑体系（主要是钢筋混凝土环形支撑）的已经越来越多，并向超大直径环形支撑发展。目前，环形支撑体系已由单层发展为双层或多层；环梁直径由几十米发展到超过百米；平面上可适应任何平面形状；水平支撑由单圆发展到多圆相连；环梁有圆形、椭圆、边桁架断面由宽腹式向窄腹式发展等。同时，基坑支护监测信息化施工也日臻完善。第1页，共41页 地铁北京南站基坑工程地下二层地铁四号线南站长150.3m，宽125m，高度约10m；地下三层地铁十四号线南站长150.3m，宽30.9m，高度约8m。第2页，共41页 地铁北京南站基坑工程地下一层国铁基坑。采用1：1放坡；第下二层地铁四号线基坑。开挖深度9.214m，采用1：0.3放坡，土钉墙支护；第下三层地铁十四号线基坑。开挖深度8.53m，采用Ф1000@1500钻孔灌注桩围护，打设一道注浆锚杆进行支撑。第3页，共41页 上海绿洲中环中心基坑工程绿洲中环中心基坑工程由7幢建筑地下室和地下车库组成，平面基本为圆形，外径约210m，基坑深8.3～9.7m。采用支撑形式为圆形桁架。第4页，共41页 南京地铁新街口站基坑近期一号线地下三层，远期二号线地下二层，通过新街口圆形广场地下呈“T”形相交。地下圆盘内径50m，基坑深23.53m。第5页，共41页 南京地铁新街口站基坑第6页，共41页 通过上述工程实例，在民用大型圆形基坑中，越来越多的采用了桁架环梁支撑体系，而地铁工程由于其特殊性，其基坑支护形式主要以桩撑及桩锚为主，其基坑规模与民建基坑相比较小。第7页，共41页 工程概况本站为9号线与10号线换乘车站，其中9号线车站主体长度为337m，10号线车站主体长度为188m，337.6m188m139m逆作京石高速公路八一厂西路六里桥客运枢纽地下三层9号线车站10号线车站第8页，共41页 可以选择的施工方案方案一：Ф800格构式空间组合支护桩方案二：Ф1000桩+三层锚杆方案三：Ф800桩+三层桁架体系方案四：Ф800桩+中心岛法方案五：Ф800桩+主体结构逆筑法第9页，共41页 各方案比选比选方案优点缺点总体评价方案一：空间组合支护桩①适用性强、应用灵活②造价低①变形大②应用研究少技术不成熟方案二：桩锚支撑①适用性强、技术成熟②造价低①变形大②卵石层可实施性差能满足基坑支护目的，但实施困难方案三：桩+桁架内撑①适用性强、技术成熟②控制变形好①废弃工程量大①造价高能满足基坑支护目的，但造价很高方案四：桩撑中心岛法①技术成熟②控制变形好①施工缝多②仅能用于圆厅单独施工，灵活性差能满足基坑支护目的，但造价偏高，且适用性差方案五：桩+逆筑法①技术成熟②控制变形好①结构矛盾②桩基础施工困难能满足基坑支护目的，但施工困难，且适用性差各方案综合比较表第10页，共41页 车站围护结构方案换乘厅基坑－－半逆作法环板支护体系主体换乘厅采用“半逆作”环板支撑体系，其余部分为明挖法施工。第11页，共41页 换乘厅中板板、梁体系综合换乘厅中板由于存在大量的楼扶梯开洞，换乘厅中部区域无法形成规则的环形梁系,因此在保证外环大跨度（11.0m）成环的条件下，中部区域采用放射性梁系。中板厚：500mm中板梁：1200X1000mm车站围护结构方案第12页，共41页 换乘厅底板板、梁体系综合换乘厅底板被地下三层的十号线车站切为两个半圆形结构。利用十号线地下三层侧墙、两个半圆形环梁,将半圆形换乘厅底板划割成为三跨的单向板体系，受力特点明确。底板厚：1100mm底板梁：1400X2100mm车站围护结构方案第13页，共41页 换乘厅基坑围护形式1.换乘厅基坑深18.6m支护采用半逆作法施工，围护结构：钻孔灌注桩，φ800@14002.十号线穿越段基坑深25.2m与换乘厅相接段采用桩撑体系，钻孔灌注桩，φ1000@1600中段采用土钉支护。车站围护结构方案第14页，共41页 施工步序施工步骤一施工步骤二第15页，共41页 施工步序施工步骤三施工步骤四第16页，共41页 施工步序施工步骤五施工步骤六第17页，共41页 施工步序施工步骤七施工步骤八第18页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析采用ANSYS进行建模，FLAC后处理分析计算范围：水平方向取三倍开挖直径，竖向取二倍开挖深度，计算区域：240×240×50.7m，岩土材料及钢管柱采用zone单元模拟，钻孔桩采用pile单元模拟，桩间喷射混凝土采用shell单元模拟，本构模型采用Mohrc模型，模型共有个224640个zone单元，4688个结构单元节点，计算量十分庞大。第19页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析建模完成后的材料分组情况（整体模型）第20页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析½模型第21页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析土方开挖前打设的钢管混凝土柱第22页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析第一次开挖后土体竖向变形云图第23页，共41页 中板环板在基坑开挖至地下二层时内力图换乘厅施工过程的三维仿真分析第24页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析中板环板在基坑开挖至地下三层时内力图第25页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析开挖至底板位置后的环板结构的最大主应力分布图第26页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析楼板水平位移第27页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析钻孔桩和钢管柱的差异沉降第28页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析围岩的塑性区分布图第29页，共41页 换乘厅施工过程的三维仿真分析围护桩的变形图（mm）围护桩的弯矩图(kN·m)第30页，共41页 “增量法”原理增量法计算简图第31页，共41页 “增量法”计算结果位移包络图第32页，共41页 “增量法”计算结果弯矩包络图第33页，共41页 “增量法”计算结果剪力包络图第34页，共41页 内力比较同时采用同济启明星和理正深基坑软件进行验算，结果见下表计算方法最大位移（mm）单桩最大弯矩（+/-）(kN·m)单桩最大剪力（+/-）(kN/m)增量法16568/359564/330同济启明星14577/430382/352理正深基坑14.6523/460373/350“增量法”、“同济启明星”、“理正深基坑”内力比较第35页，共41页 内力分析结果本文通过对逆作部分的二次结构及围护桩等结构的受力及位移等方面的计算，对综合换乘厅施工过程得出了以下结论：（1）本文建立的FLAC3D模型正确有效，可以较为准确的反应换乘厅环形板带的的受力过程，可对设计关注的重点问题做定性分析。（2）通过分析，桩上的最大内力不是发生在基坑已经开挖到底，而是发生在开挖过程中，并且是一个动态的过程。（3）基坑附近的地表出现了轻微的隆起，随着远离基坑，隆起量越来越小。（4）通过“增量法”及三维模型结果比较三维模型的桩弯矩最大值为,比二维小了24%,由于空间效应造成的这种差异是符合理论及实践经验的。（5）整个基坑工程在施工过程中满足受力、稳定性等要求。第36页，共41页 本论文的工程意义（1）基坑中间无支撑网盖，使得大型挖土机械可直接进入坑内进行大型土方挖运，与其他内支撑相比，土方开挖的费用可减小一半，工期缩短一半。（2）提供了80%的作业空间，便于地下施工，材料的吊运不受限制，测量放线实现开阔，有利于质量和安全管理。（3）该体系将坑内的水平推力通过桁架和环梁转化为板内轴向均匀受压，变形性能优异，整体刚度好，做到安全可靠与施工方便相统一。（4）结构工程量小，基本无废弃工程，支护总造价大幅降低。（5）特别适合大粒径卵石地层等侧向土压力不大且不可打设锚索的基坑工程。第37页，共41页 现场施工情况第38页，共41页 现场施工情况第39页，共41页 效果图第40页，共41页 请各位批评指正！谢谢大家！第41页，共41页