矩形顶管工作井围护结构施工力学分析及优化设计

摘要

近年来，社会经济的发展带来城市的繁荣，然而城市地表土地资源有限，地下空间的利用率在逐年提高，地铁、地下商场等地下空间得到了广泛的应用。随着地下空间的发展，促进了基坑工程的设计以及优化改进，基坑设计理念随之改变，逐步由强度控制转变为变形控制。本文以内蒙古科技大学地下过街通道为工程背景，将现场监测数据经过理论分析，并通过数值模拟等多种研究手段，对基坑稳定性、变形以及基坑施工后期部分结构拆除进行了研究，同时对部分围护结构进行了优化设计，论文主要研究成果如下：
　　（1）对国内外基坑研究现状进行了总结，并对实际工程中围护结构的监测数据进行分析研究，主要考虑了围护桩水平位移及竖向位移、钢筋混凝土支撑轴力和钢管支撑轴力，同时指出在实际工程中运用钢管桩的优势。
　　（2）数值模拟软件FLAC3D建模分析基坑开挖全过程，采用摩尔库伦模型建立76m×86m×36m基坑模型模拟施工开挖过程中基坑位移变化，并选取基坑围护结构水平位移实测值与模拟值对比，分析得出模拟值和实测值变化趋势是一致的。并根据所建 FLAC3D数值模型，模拟探讨了顶管施工始发井基坑洞门处围护桩破除顺序，得出结论为少量桩体破除顺序对结构稳定性影响不大。同时考虑南北面围护结构的拆除时间问题，通过数值模拟发现顶管施工影响范围有限，对南北面围护桩的拆除几乎没有影响，可以选择合适的时间对围护桩体进行拆除，通过统筹施工节省施工工期带来经济效益。
　　（3）对于始发井基坑洞门处原围护结构钢筋混凝土钻孔灌注桩拆除较为困难且耗费工期较长，本文优化设计利用钢管桩替换洞门处待拆部分围护结构，同时需要设计螺栓法兰连接钢管桩待拆部分和不拆部分，故设计使用钢管桩为新围护结构桩型。本文设计了钢管桩，及钢管桩连接构件螺栓法兰，同时给出了钢管桩在施工中需要注意的事项和施工中关于钢管桩可能出现的问题及简单处理办法。同时将新桩型和原围护结构进行工期、造价等经济性对比分析，得出钢管桩造价略高于钻孔灌注桩但有提高综合效益经济优势。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容及技术路线

2 工程概况及围护结构监测分析

2.1 工程概况

2.2 始发井围护结构的施工顺序及监测内容

2.3 始发井围护结构的监测部分结果分析

2.4 钢管桩围护结构提出

2.5 本章小节

3 基于数值模拟的始发井基坑围护结构施工力学分析

3.1 有限差分法FLAC3D软件简介

3.2 基坑计算模型

3.3 基坑开挖数值模拟

3.4 围护结构拆除施工力学分析

3.5 本章小节

4 始发井基坑围护结构洞门处钢管桩设计研究

4.1 引言

4.2 钢管桩设计

4.3 钢管桩施工处理

4.4 经济性对比分析

4.5 本章小节

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢