武汉地铁典型地层深基坑抗浮结构设计分析

摘要

为了满足我国城市道路轨道交通发展的要求，全国一线城市和一些二线城市地下轨道交通建设日益加快，使得地铁深基坑开挖规模越来越大，其中一些地下水头高、地下水丰富的城市，例如：武汉、上海、南京等地的地铁车站深基坑抗浮安全可靠性方面的保证也就显得尤为突出。将地下连续墙支护结构与车站主体结构连结来作为车站抗浮的一部份，是深基坑结构抗浮的先进技术之一，也是最经济和最有效的方法，现阶段在武汉地铁的建设过程中应用也很广泛。因此，进行此类深基坑抗浮结构安全性研究具有重要的理论意义与工程应用意义。
　　 为了研究此类抗浮设计方法在武汉地区的适用性，通过对武汉地区的水文地质情况资料的整理分析，选取具有代表性的武汉一级阶地为研究对象。论文依托武汉地铁二号线范湖站的深基坑工程，以实际工程中选用的地下连续墙与主体结构在使用过程中的车站为研究对象，采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法和思路，开展了一系列研究工作，并得出了一些具有参考价值的结论。
　　 首先，在收集整理国内外相关文献的基础上，针对目前深基坑抗浮所采用的措施，比较了各种抗浮措施的优缺点和它们适用情况，总结了关于深基坑抗浮的理论公式，比较分析了各种理论的基本假设以及它们的合理性。
　　 其次，为了更好的反映出武汉地区的典型地层结构，综合的分析了武汉地区各个区域的地层结构、工程地质和水文地质条件，并比较了第四系沉积层的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地的水文地质，进而了解到武汉地区的深基坑抗浮中Ⅰ级阶地中承压水的危害性最大，从而选择二号线的范湖站做为工程实例进行分析。
　　 最后，选取最有代表性的武汉地铁二号线的范湖站作为工程实例，利用有限元软件ANSYS建立起平面应变模型，对车站主体结构在无地下水浮力和最高地下水位两种极端情况进行数值模拟分析，证明了此类抗浮设计方法的安全稳定性。并利用有限差分软件FLAC3D对基坑的开挖与地下水浮力上升的过程进行了模拟。从位移、应力和稳定性分析，充分证明了地下连续墙与车站主体结构连结对保证地铁车站长期稳定的有效性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 地铁的发展状况

1.1.2 地铁车站深基坑工程存在的问题

1.1.3 本课题的研究背景

1.2 抗浮方法的发展和研究现状

1.2.1 抗浮措施的应用现状

1.2.2 抗浮的理论研究现状

1.2.3 现行规范关于抗浮的规定

1.3 本文的主要研究内容

第2章 武汉市地质条件特点

2.1 武汉市的自然地理概况

2.1.1 气象水文

2.1.2 地形地貌

2.1.3 地质构造

2.2 武汉地区第四纪地层结构与岩体工程地质特征

2.2.1 Ⅰ级阶地全新世Q4地层结构与岩体工程地质特征

2.2.2 Ⅱ级阶地晚更新世Q3地层结构与岩体工程地质特征

2.2.3 Ⅲ级阶地中、早更新世地层Q2、Q1结构与岩体工程地质特征

2.3 水文地质条件

2.3.1 上层滞水的赋存特征

2.3.2 潜水的赋存与运动特征

2.3.3 承压水的赋存与运动特征

2.4 本章小结

第3章 地下连续墙与车站主体结构连结抗浮验算

3.1 工程概况

3.2 工程场地地质概述

3.3 抗浮设计方案

3.4 本章小结

第4章 地下水作用对车站结构影响的数值模拟

4.1 ANSYS有限元软件简介

4.1.1 ANSYS的求解过程

4.1.2 ANSYS主要模块

4.2 数值模拟

4.2.1 几何模型的建立

4.2.2 模型参数的选取

4.2.3 模拟方案

4.3 数值模拟分析

4.3.1 无地下水浮力

4.3.2 达到抗浮设计地下水位

4.3.3 分析小结

4.4 本章小结

第5章 基坑开挖过程的数值模拟

5.1 FLAC3D软件介绍

5.2 数值模拟

5.2.1 几何模型的建立

5.2.2 模型参数的选取

5.2.3 模拟方案

5.3 数值模拟分析

5.3.1 生成初始地应力

5.3.2 开挖至基坑底并修筑好主体结构

5.3.3 在主体结构顶板上覆土

5.3.4 恢复地下水后产生水浮力

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目与论文发表情况

致谢