兰州地铁车站某深基坑桩撑支护结构施工监测与数值模拟分析

【摘要】为了解决用地紧张和道路交通拥挤问题,西北地区开始大规模修建地铁,由此需要开挖大量深基坑。考虑周边环境条件,常用柔性支护结构应用受到限制,本文在对西北地区深基坑工程理论研究和工程实践分析的基础上,以兰州地铁世纪大道站基坑工程为例,对深基坑桩撑支护结构选型、优化设计和基坑降水进行了说明；同时,本文以桩撑支护结构为研究对象,采用现场监测、数值模拟与理论推导相结合的方法,主要研究：(1)合理选择桩撑围护结构形式,划分深基坑开挖过程施工工况顺序,计算出深基坑在开挖过程中的各工况下支护结构的内力、位移及稳定性；(2)根据不同施工工况,利用有限元软件,模拟分步开挖的全部过程,得出在分步开挖各个阶段围护桩体及圈梁变形、钢支撑轴力变化以及基坑周围地表沉降等指标；(3)通过现场开挖监测,研究桩撑支护结构在兰州地区地铁车站深基坑工程施工中的变形规律,并利用采集数据的变化来指导现场施工,使整个基坑开挖过程始终处于安全和受控状态,同时选取部分实际监测结果与有限元模拟结果对比分析。本文研究对后续地铁基坑优化设计和西北黄土地区深基坑桩撑支护结构研究具有重要意义。本文主要研究成果和结论如下：(1)对世纪大道站基坑桩撑支护结构设计和降水进行了详细说明,同时给出了基坑开挖过程中的各工况下支护结构的内力与变形值计算结果及设计简图,成果为后续其他车站基坑设计与施工提供理论依据。(2)本基坑桩撑支护方案的成功实施证明,桩撑围护结构刚度大、抗弯能力强、变形相对较小,支护结构的稳定性好,故桩撑支护结构可有效限制基坑水平位移。但基坑开挖空间效应显著,阳角和变截面处设计、施工应予以重视。基坑施工过程中,应适时地沿钢支撑轴向施加预应力,减小无支撑暴露的时间,加快底板浇注,防止因土体流变而产生较大的位移。(3)用接触单元实现了桩-土之间的相互作用,分析得出了随着开挖工况的进行,深基坑围护结构的变形和受力状态的变化,计算结果主要包括开挖引起的桩体变形、周围土体的沉降、支撑轴力等。将有限元计算值与实际监测结果进行对比,二者比较接近、发展变化的趋势一致,说明有限元分析的结果可以为基坑设计提供有益参考。
【作者】郭楠；
【导师】周勇；
【作者基本信息】兰州理工大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】地铁深基坑；桩撑支护；变形规律；现场监测；数值模拟；

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