宋家庄地铁车站基坑施工方式对在运营车站的侧移影响分析

摘要

随着我国经济的发展,各大城市机动车拥有量猛增,地面交通拥挤不堪,急需发展地铁交通。而随着地铁轨道交通网的日益完善,将越来越多地建设换乘车站。修建换乘地铁车站时,将必然在紧邻原有车站位置开挖基坑,而基坑开挖引起周围地基地下水位的变化和应力场的变化,势必会对原有车站产生一定的影响,因此在基坑施工时,如何保证原有地铁车站的安全运营已成为地铁建设中一个亟待解决的问题。本文以北京地铁十号线宋家庄车站工程基坑开挖项目为研究对象,采用FLAC3D程序对基坑开挖过程进行了三维数值模拟,并结合现场监测数据分析,研究了基坑开挖施工方式对相邻在运营地铁车站产生的侧移影响。首先,对宋家庄车站基坑工程进行了桩顶水平位移、土体侧向变形、围护结构变形、地下水位、地面沉降及五号线顶板、底板水平、竖向位移变形等多项观测。结合本工程的特点,对基坑开挖过程中原有地铁五号线车站顶板、底板水平位移及基坑北侧围护墙水平位移的监测数据进行了分析,得到了基坑开挖过程中五号线车站顶板、底板以及基坑围护墙的位移规律。其次,对地铁十号线宋家庄车站基坑开挖已完工部分进行三维数值模拟,并对开挖过程中原有五号线车站北侧围护墙体的水平位移进行分析研究,将数值模拟的结果与现场监测值进行对比分析,进而验证数值模拟中模型及参数选取的正确性。最后,针对开挖方式、开挖分层厚度以及分块方式对原有地铁五号线宋家庄车站侧移的影响问题,根据基坑工程的空间效应原理,区分8种不同的工况,对基坑开挖过程进行三维数值模拟。通过对基坑开挖过程中原有五号线车站北侧围护墙体的水平位移场以及代表结点的水平位移的分析,得到了开挖方式、开挖分层厚度以及分块方式对五号线车站北侧围护墙侧移影响的规律,并在此基础上提出了防止在运营地铁车站产生较大侧移的最佳施工方式。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状及发展

1.2.1 深基坑开挖对临近地铁车站的影响研究

1.2.2 深基坑周围位移场的研究

1.2.3 深基坑工程中的环境效应及环境保护

1.2.4 有限元在深基坑位移场计算中的应用

1.3 本文研究目的及研究内容

1.4 本文的研究方法及技术路线

2 基坑工程基本理论

2.1 基坑变形分类

2.1.1 基坑底部隆起

2.1.2 基坑支护结构变形

2.1.3 支护结构后地表沉降

2.2 基坑变形机理研究

2.2.1 基坑周围地层移动的机理

2.2.2 围护墙位移机理

2.2.3 周围地层移动的相关因素

2.3 基坑变形分析计算方法

2.3.1 地层损失法

2.3.2 估算法

2.3.3 有限单元法

2.4 基坑开挖方法

3 基坑开挖应力变形分析理论及其在FLAC3D中的实现

3.1 基坑开挖应力变形分析理论

3.2 基坑开挖应力变形分析理论在FLAC3D中的实现

3.2.1 FLAC3D的主要特点

3.2.2 FLAC3D基本原理

3.2.3 材料的本构模型及其在FLAC3D中的实现

3.2.4 岩土结构相互作用结构单元及其在FLAC3D中的实现

3.2.5 FLAC3D程序建模方法

4 宋家庄地铁车站基坑工程施工监测数据分析及数值模拟

4.1 工程概况

4.1.1 工程概况

4.1.2 场地地质条件

4.2 宋家庄地铁车站基坑工程施工监测方案及数据分析

4.2.1 监测内容

4.2.2 监测点布置原则及布置方案

4.2.3 监测实施细则

4.2.4 监测控制值的确定

4.2.5 信息反馈方式

4.2.6 监测数据分析

4.3 地铁宋家庄车站基坑工程施工数值计算

4.3.1 几何模型的建立

4.3.2 土体本构模型及参数选取

4.3.3 围护结构模型建立及参数选取

4.3.4 原有车站结构模型建立及参数选取

4.3.5 边界条件

4.3.6 计算初始条件

4.3.7 单元类型及网格划分

4.3.8 计算方法步骤

4.3.9 地铁宋家庄车站基坑工程数值模拟成果同监测数据的对比分析

5 基坑施工方式对地铁五号线宋家庄车站的侧移影响分析

5.1 开挖方式对地铁五号线宋家庄车站的侧移影响分析

5.1.1 模拟计算方案

5.1.2 两种开挖方式对地铁五号线宋家庄车站的侧移影响分析

5.2 开挖分层厚度对地铁五号线宋家庄车站的侧移影响分析

5.2.1 模拟研究方案

5.2.2 三种开挖分层方式对地铁五号线宋家庄车站的侧移影响分析

5.3 开挖分块方式对地铁五号线宋家庄站的侧移影响分析

5.3.1 模拟计算方案

5.3.2 分块方式对地铁五号线宋家庄车站的侧移影响分析

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录