详情

原文传递盖挖逆作地铁车站竖向支撑体系位移规律研究

论文题名：	盖挖逆作地铁车站竖向支撑体系位移规律研究
关键词：	地铁车站;盖挖逆作法;竖向支撑体系;差异沉降;水平位移;地表沉降
摘要：	盖挖逆作工法在控制场地周边构建筑物的变形、控制粉尘及噪音污染等方面具有显著的优势，较好的解决了繁华城区修建地铁车站等地下结构所面临的土地资源紧张、环境保护要求高等问题，正逐步的应用于地下结构的建设中。然而，在工法的推广中，由于系统的理论体系尚未形成，在变形控制指标、临近建筑物保护等方面，仍在一定程度上借鉴明挖法的相关理论。因此，本文以呼和浩特市某地铁车站为依托，对盖挖逆作结构工程建设中面临的竖向支撑体系位移、差异沉降和周围地表沉降等问题开展研究，在解决工程问题的同时，丰富盖挖逆作法的理论体系，为该工法能够在城市建设中得到更广泛的应用、更好的解决工程建设难题提供一定的理论参考。　　由于竖向支撑体系既作为基坑支护结构发挥作用，也是主体结构的重要组成部分，在外力施加后产生的变形和内力变化均会对基坑和主体结构产生影响。这些影响主要体现在基坑的变形、周围地表的沉降和主体结构内力变化等方面，目前，针对盖挖逆作结构上述问题，国内学者开展了相关的研究，较好的解决了工程中的问题，但有两个方面的局限：一是研究的对象集中在上海、天津等以软土为主的地区，二是主要针对单一问题开展研究，未将中间立柱及柱下桩基础和支护结构作为一个整体的支撑体系，系统的开展相应的研究。因此，本文将盖挖逆作结构的竖向支撑体系作为研究对象，以呼和浩特盖挖逆作地铁车站项目为依托，在竖向支撑体系升沉规律、竖向支撑体系差异沉降和竖向支护结构水平位移及地表沉降规律这三个方面开展研究。　　本文依托的呼和浩特市某地铁车站工程为一座换乘车站，工程场地的地层由上至下依次为：杂填土、粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、粉质黏土、粗砂、砾砂层及圆卵石层。本文选取车站地下三层段部分作为研究对象，该段宽度24.9m，基坑深度20.54m，中间立柱采用钢管混凝土柱，柱下桩基础采用双层扩底桩，基坑支护结构型式为地下连续墙。　　本文采用理论分析、数值模拟结合实测数据的研究方式，结合呼和浩特市某地铁车站工程的结构型式，主要开展了以下几个方面的工作：　　1)双层扩底桩沉降理论研究　　采用弹性理论对双层扩底桩进行分析，将Mindlin解应用至均布荷载的情况中，推导双层扩底桩在顶部均布荷载作用下的沉降量数学模型，为研究其沉降规律提供理论基础。　　2)针对结构特点，论证本构模型的选取，建立数值模型　　通过对各类本构关系从模型的合理性、模型对象的适用性及模型参数确定的难易程度几个方面进行分析，确定本构关系采用修正摩尔库伦模型，以更加准确的模拟基坑土体开挖卸载的过程，且具有更好的计算收敛性，也能够更准确地模拟土体的压缩行为。结构数值模型采用MidasGTSNX有限元软件建立，为了准确的模拟基坑盖挖逆做法施工中各个工况下支护结构的力学相应特征，采用动态模拟施工过程的方法进行计算。　　3)竖向支撑体系内力变化与升沉规律研究　　通过数值模拟分析，研究组成盖挖逆作竖向支撑体系的中间立柱、柱下桩基础及地下连续墙在卸载-加载过程中的动态力学响应特征，总结结构内力变化和升沉规律，并依此给出设计和施工的合理化建议。　　4)竖向支撑体系差异规律沉降研究　　基于竖向支撑体系升沉规律的研究，进一步开展针对中间立柱及柱下桩基础与地下连续墙二者之间的差异沉降规律、成因及对结构的影响开展研究。并提出具有实操性的方案，再将差异沉降转化成竖向位移值，加载在主体结构计算模型中，为结构设计提供参考。同时给出减小差异沉降的合理化建议，降低结构施工中的安全隐患。　　5)地连墙水平位移与墙后地表沉降规律研究　　通过数值模拟，研究分析盖挖逆作结构采用地连墙作为基坑支护结构时，地连墙的水平位移和墙后地表沉降特征，并与明挖基坑进行对比，分析在盖挖逆作设计和施工中，采用明挖基坑的控制指标作为依据的合理性，为盖挖逆作基坑周边构建筑物保护方案和监控量测方案的制定提供理论依据。　　本文中，基于数值模拟分析的研究成果为呼市某地铁车站的建设提供了理论指导，施工中采集的现场实测数据也与数值模拟结果相吻合，证实了本文的研究成果具有可靠性，能够为同类工程提供理论参考。
作者：	石欣
专业：	地质工程
导师：	赵大军
授予学位：	博士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2021