地铁车站基坑开挖对周边地表影响的数值分析研究

摘要

随着我国城市化建设的不断加快，城市人口越来越密集，土地资源与交通的问题日益突出，地铁成了各大城市有效利用土地资源以及缓解交通压力的重要途径。一般情况下，由于地铁车站深基坑工程的施工多在城市中心繁华地段进行，施工场地有限，周边经常邻近已建建筑物且比较密集，环境非常复杂，因此，为了确保工程的安全，避免造成不必要的损失，地铁车站基坑工程不仅需要考虑基坑自身的施工安全问题，还应该对地铁车站基坑施工引起的周围环境的变化进行研究分析。由基坑开挖施工引起的周围环境的安全问题越来越受人关注，对于此课题的研究十分迫切。
　　本研究主要内容包括：⑴基坑开挖引起周边环境变化的理论计算方法。分析了基坑开挖变形机理以及基坑开挖时地表的变形规律，在基坑开挖不考虑周围环境的条件下，对基坑开挖引起的地表沉降进行了估算，简化计算了基坑开挖引起的水平位移、水平变形、地表倾斜、地表曲率，提出了周围地表最大沉降的位置。当地表倾斜趋于0时，地表曲率有最大值；当地表沉降曲线的斜率最大时，地表倾斜有最大值。为数值模拟研究提供依据，对施工前估算地表的变形提供了一种方法。⑵采用有限元软件MIDAS-GTS模拟了某地铁车站基坑开挖对周围地表的变形影响，研究了基坑开挖深度、基坑内支撑刚度、基坑开挖方式等因素对场地地表位移变形以及基坑自身围护结构变形的影响。在基坑开挖的各个阶段，围护结构的最大水平位移基本都发生在围护结构的支撑与基坑底部之间。当基坑开挖至底部时，支护结构水平位移曲线呈“弓”形，表现为中间大、两端小。在基坑工程整个开挖过程中，距离基坑2~3倍开挖深度内都有无法忽视的地表沉降，地表沉降大致呈“勺形”分布，地表沉降最大处与基坑的距离大致等于基坑开挖的深度。基坑内支撑的刚度越大，周围地表的沉降量越小，当满足变形控制的要求时，继续增加支撑刚度对控制变形的影响减小。⑶研究了地铁车站开挖对邻近建筑物的影响，模拟分析了建筑物与基坑的距离、基坑开挖次序、建筑物层数等因素对邻近建筑物的影响规律。研究结果表明：建筑物的沉降量随着基坑开挖深度的增加而增大；建筑物距离基坑越近，其基础的沉降差越大，建筑物整体倾斜越大。针对“L”形基坑，先开挖标准段再开挖扩大段的开挖次序下建筑物基础的沉降最小，建筑物的整体倾斜也最小。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 基坑工程的设计原则、等级划分以及开挖程序

1.3 地铁车站基坑工程的特点及支护方式

1.4 国内外研究现状及存在的问题

1.5 本文主要研究内容

第2章 基坑开挖引起周边环境变化的计算方法

2.1 引言

2.2 基坑开挖对周边环境的影响

2.3 基坑开挖引起的周围地表变形

2.4 有建筑物场地在基坑开挖下的沉降分析

2.5 本章小结

第3章 基坑工程的数值模拟

3.1 引言

3.2 MIDAS-GTS简介

3.3 土的本构关系的选取

3.4 地铁车站基坑模型的假设

3.5 本章小结

第4章 基于地铁车站基坑开挖的地表变形模拟分析

4.1 引言

4.2 基本工程概况

4.3 有限元模型的建立

4.4 基坑开挖对围护结构的影响

4.5 基坑开挖对周围地表的影响

4.6本章小结

第5章 基坑开挖对邻近建筑物影响的模拟分析

5.1 引言

5.2 邻近建筑物的变形模拟分析

5.3 建筑物沉降变形的控制措施

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间所发表论文及参与的项目

发表论文

参与项目