双侧深大基坑邻近既有地铁车站安全影响研究

摘要

随着城市地铁网络化运营不断发展，地铁控制保护区内的基坑邻近地铁车站工程越来越多，地铁结构对变形的控制极为严格，一般以毫米计。深大基坑紧邻既有地铁车站，必然会对地铁周边的土层造成扰动，引起地铁车站及轨道结构的附加变形，导致线路不平顺，影响乘客的舒适性，严重时甚至危及地铁列车的安全运营。因此，开展深大基坑工程紧邻既有地铁车站的风险安全研究对确保基坑施工期间地铁的安全运营以及指导类似工程的施工具有重要的应用价值。
　　论文就某双侧深大基坑邻近既有地铁车站的安全影响进行了全面系统地研究，包括基于ANSYS数值模拟的基坑最优施工方案、SIMPACK多体动力学分析及风险控制措施。主要工作及成果如下:
　　(1)全面总结了基坑邻近既有地铁车站工程风险控制的相关资料:对基坑施工引起周边变形规律、基坑邻近地铁车站变形特点以及轨道变形对列车动力性能的影响三个方面的内容进行总结，将既有地铁结构现状等级评定为“一级”。
　　(2)基于数值模拟和层次分析法对双侧基坑最优开挖方案进行研究:对双侧深大基坑邻近地铁引起的地表最终沉降、地连墙水平变形、轨道结构变形、轨道时程变形、变形缝差异变形等5个指标进行分析，结果表明:南侧基坑引起结构变形约占总变形的60％～80％，基于5个指标建立多层次分析模型对基坑开挖方案进行综合评定，开挖方案总排序为:“先北后南”＜“先南后北”＜“同时开挖”。
　　(3)建立ANSYS有限元模型对基坑施工方案进行优化分析:在“南北同时”开挖方案基础上，从基坑开挖深度、围护结构选择及地连墙参数三方面对开挖方案进行优化分析，结果表明:采用单步开挖深度为2m时引起的地连墙水平变形比设计工况减小了约9％～10％;采用厚度为1200mm、嵌固深度为10m的地连墙引起的轨道结构变形比设计工况减小约11％～16％。
　　(4)建立SIMPACK动力学模型对列车的动力性能进行评价:施工前后列车的安全性保持在“优秀”级别，列车的平稳性由“优秀”降为“合格”，由此可知，基坑施工对列车平稳性的影响大于对列车安全性的影响，但两指标都在规范所要求的范围之内。
　　(5)提出深大基坑邻近既有地铁车站工程风险控制措施:根据最新研究成果，将本次穿越工程风险等级评定为“特级”，并从新建基坑的风险和既有地铁车站结构的安全两个角度提出了相应的控制措施。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究现状

1．2．1 基坑工程变形规律研究现状

1．2．2 基坑邻近地铁车站工程影响研究

1．2．3 轨道变形对列车运行的影响研究

1．3 研究内容及思路

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路

2 工程概况及数值模拟概述

2．1 工程概况

2．1．1 新建基坑概况

2．1．2 既有地铁车站结构概况

2．1．3 新建基坑与既有地铁位置关系

2．2 工程地质及水文地质概况

2．2．1 工程地质概况

2．2．2 水文地质概况

2．2．3 既有车站及轨道结构现状调查与检测

2．3 基坑施工数值模拟

2．3．1 土体本构关系

2．3．2 模型计算

2．3．3 模型参数

2．4 本章小结

3 双侧基坑邻近地铁车站施工方案研究

3．1 基坑开挖方案研究

3．1．1 基坑开挖模拟方案

3．1．2 基坑开挖方案比选

3．2 基坑开挖方案综合评定

3．2．1 层次分析法概述

3．2．2 层次分析法综合评定

3．3 基坑施工方案优化分析

3．3．1 基坑单步开挖深度优化分析

3．3．2 围护方案优化分析

3．3．3 地连墙参数优化分析

3．3．4 基坑最优施工方案影响分析

3．4 本章小结

4 基坑邻近地铁车站施工对列车运行的影响

4．1 动力学概述

4．1．1 SIMPACK软件简介

4．1．2 计算内容和分析方法

4．2 动力模型的建立

4．2．1 轮轨模型

4．2．2 车辆参数

4．2．3 轨道不平顺描述

4．3 列车运行动力性能评价

4．3．1 列车运行动力性能评价指标

4．3．2 施工前列车运行动力性能评价

4．3．3 施工后列车运行动力性能评价

4．3．4 施工前后列车运行动力性能对比分析

4．4 本章小结

5 基坑邻近地铁车站工程风险控制

5．1 基坑邻近工程风险评估

5．1．1 风险控制保护区

5．1．2 风险单元划分

5．1．3 风险等级评定

5．2 新建基坑风险控制措施

5．2．1 围护结构体系优化

5．2．2 土方开挖优化

5．2．3 基坑工程监测

5．3 既有车站及轨道安全控制措施

5．3．1 既有车站及轨道结构分级监测

5．3．2 施工期间安全作业响应流程

5．3．3 轨道防护措施

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

作者简历以及硕士期间研究成果

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