复杂地铁基坑地下连续墙支护结构变形特征及其风险分析

摘要

支护结构变形特征是地铁基坑变形控制和风险分析的前提。本文以复杂地铁基坑的地下连续墙支护结构为研究对象，以苏州地铁1号线深基坑工程为依托，采用理论分析、数值模拟及监测资料相结合的方法，深入研究苏州地质条件下的地下连续墙支护结构变形特征，建立基于动态贝叶斯网络的地下连续墙变形风险分析模型，对复杂地铁地下连续墙支护结构变形进行了风险分析和评价。主要研究内容和成果如下:
　　 1、系统研究了苏州地区工程地质条件特征，对苏州地铁工程场地的土性参数进行了统计分析，得出苏州地铁基坑工程主要受④层粉质粘土影响的结论，给出了基坑土体本构模型的计算参数;通过数值模拟方法分析了苏州地铁地下连续墙支护结构变形一般特征;深入分析了水土分算合算、墙体厚度、插入比、软弱土层厚度、首道支撑位置等重要变形控制因素对支护结构变形基本特征的影响，得出苏州地铁基坑地连墙厚度取0.8m较为合理、插入比达到0.8时对墙体变形限制作用显著、首道支撑位置对基坑变形影响较大的结论。
　　 2、分析了地铁基坑土体加固方式的特点，深层搅拌法适用于软土提高承载力、加固止水，加固体压缩模量需根据水泥掺量取值;压密注浆加固离散性大、质量难控制;通过数值模拟方法深入研究了被动区加固参数对支护结构变形特征的影响，得出裙边加固控制坑底隆起效果与满堂加固接近，裙边宽度在4～8m范围较为合理，增加裙边深度对坑底抗隆起效果显著，而增加裙边强度则作用有限;通过对主、被动区加固的基坑监测数据的分析，进一步验证了基坑加固对支护结构变形的影响。
　　 3、深入研究了地铁基坑“坑中坑”开挖应力路径特征，外坑土体开挖使坑后水平向压力介于主动土压力与静止土压力之间，外坑底竖向应力减小，应力主轴发生偏转，偏应力和球应力均减小;而内坑土体开挖使坑后土体应力主轴发生偏转，应力路径方向发生改变;通过数值模拟方法系统研究了“坑中坑”设计参数对支护结构变形特征的影响，内坑距墙体一倍开挖深度范围内对墙体变形影响最为显著，内坑深度越大对支护结构下部侧向变形影响越显著;通过对“坑中坑”基坑监测数据的系统分析，进一步验证了“坑中坑”开挖对支护结构变形特征的影响。
　　 4、通过理论分析、数值模拟、监测数据分析等方法，系统研究了地下连续墙施工工艺对支护结构变形特征的影响，得出土方超挖2m导致墙体最大侧向变形比超挖1m时增加约30％;一次降水后逐步开挖比分阶段降水逐步开挖导致墙体侧向变形增加约15％;去掉第四道支撑和三四道支撑合并都使墙体侧向变形增加;坑内快速回填和坑外压密注浆预加固能够有效制止基坑渗漏和减少水囊诱发的基坑变形。
　　 5、系统分析了地下连续墙支护结构变形控制方法和标准，提出了苏州地铁基坑地下连续墙变形控制标准。
　　 6、采用FMEA分析方法研究了地下连续墙失效模式，建立了与之相应的失效概率模型;阐述了贝叶斯网络分析方法对复杂基坑风险分析的适用性，提出了基于施工过程的动态风险分析方法，建立了动态贝叶斯网络风险分析模型。对苏州地铁1号线人民路车站基坑支护结构了进行风险分析，通过模型能对当前时间点基坑风险进行预测，对于确定的证据变量能计算施工质量节点的状态概率，逆向概率推理计算能提高计算精度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基坑支护结构变形分析方法研究现状

1．2．2 复杂基坑支护结构变形研究现状

1．2．3 复杂基坑风险分析研究现状

1．3 存在问题及研究内容

1．4 创新点

第二章 苏州地铁基坑地下连续墙支护结构变形基本特征分析

2．1 苏州地铁工程场地土性参数统计特征

2．1．1 苏州地铁工程场地典型地质条件

2．1．2 苏州地铁场地土性参数统计分析

2．2 复杂地铁基坑支护结构设计原则

2．2．1 基坑支护结构设计一般原则

2．2．2 复杂地铁基坑变形控制设计

2．3 苏州地铁基坑地下连续墙支护结构变形基本特征分析

2．3．1 苏州地铁基坑土体本构关系模型

2．3．2 地下连续墙墙体变形特征

2．3．3 基坑坑底土体隆起变形特征

2．3．4 基坑坑外土体沉降变形特征

2．4 苏州地铁基坑地下连续墙支护结构变形控制因素分析

2．4．1 水土分算、合算对支护结构变形影响

2．4．2 墙体厚度对支护结构变形影响

2．4．3 插入比对支护结构变形影响

2．4．4 软弱土层厚度对支护结构变形影响

2．4．5 首道支撑位置对支护结构变形影响

2．5 本章小结

第三章 主被动区加固对地下连续墙支护结构变形影响分析

3．1 基坑土体加固方式及机理

3．1．1 基坑土体常见加固方式

3．1．2 基坑土体加固区物理参数确定

3．1．3 基坑土体加固机理

3．2 基坑被动区加固参数对地下连续墙支护结构变形规律研究

3．2．1 被动区加固方式对变形影响

3．2．2 被动区加固宽度对变形影响

3．2．3 被动区加固深度对变形影响

3．2．4 被动区加固强度对变形影响

3．3 复杂地铁基坑被动区加固对地下连续墙支护结构变形影响实测比较研究

3．3．1 地下连续墙变形特征

3．3．2 基坑土体变形特征

3．4 复杂地铁基坑主动区加固对地下连续墙支护结构变形影响实测比较研究

3．4．1 地下连续墙变形特征

3．4．2 基坑土体变形特征

3．5 本章小结

第四章 复杂地铁基坑“坑中坑”对地下连续墙支护结构变形影响分析

4．1 “坑中坑”开挖应力路径分析

4．2 “坑中坑”设计参数对支护结构变形影响分析

4．2．1 “坑中坑”位置对支护结构变形影响

4．2．2 “坑中坑”深度对支护结构变形影响

4．3 复杂地铁基坑“坑中坑”对地下连续墙支护结构变形影响实测研究

4．3．1 “坑中坑”开挖对外侧地下连续墙侧向变形影响

4．3．2 “坑中坑”开挖对内侧地下连续墙侧向变形影响

4．3．3 “坑中坑”开挖对基坑土体变形影响

4．4 本章小结

第五章 施工工艺对复杂地铁基坑地下连续墙支护结构变形影响分析

5．1 土方开挖对地下连续墙支护结构变形影响

5．2 施工质量对地下连续墙支护结构变形影响

5．3 降水方式对地下连续墙支护结构变形影响

5．4 支撑调整对地下连续墙支护结构变形影响

5．5 临时加固对地下连续墙支护结构变形影响

5．6 复杂地铁基坑地下连续墙支护结构变形控制措施及标准

5．7 本章小结

第六章 复杂地铁基坑地下连续墙支护结构变形风险分析方法与评价

6．1 复杂地铁基坑地下连续墙支护结构变形失效分析

6．1．1 地下连续墙变形失效模式分析

6．1．2 地下连续墙变形失效概率分析

6．2 基于失效概率的动态贝叶斯网络风险分析方法

6．2．1 基于失效概率的风险分析方法

6．2．2 动态贝叶斯网络理论(DBN)及推理计算

6．3 苏州地铁1号线人民路换乘站基坑地下连续墙支护结构失效风险分析

6．3．1 贝叶斯网络风险分析模型

6．3．2 动态贝叶斯网络风险分析模型

6．3．3 贝叶斯网络风险分析模型参数

6．3．4 基于贝叶斯网络模型的地下连续墙风险分析

6．3．5 地下连续墙支护结构风险评价

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文主要研究成果

7．2 存在问题及展望

致谢

个人简介 在读期间发表的学术论文与研究成果

参考文献