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南京地铁南京西站站软土深基坑开挖与支护技术分析
| 论文题名： | 南京地铁南京西站站软土深基坑开挖与支护技术分析 |
| 关键词： | 地下铁路;软土深基坑;支护结构;基坑开挖;数值模拟 |
| 摘要： | 随着城市化进程的不断加快和工程技术的不断发展，现代地铁车站的施工环境越来越复杂，施工技术的体系结构也越来越复杂。软土深基坑施工技术作为地铁车站建设中广泛使用的土木工程基础技术，它在工程总体质量中起着重要作用，其施工效果直接影响到地铁站后期运营的整体稳定性。本文以南京地铁五号线南京西站站软土深基坑作为案例，经过详细的工程地质勘察，结合实际基坑开挖和支护体系的施工工艺，以FLAC3D软件为例对该软土深基坑进行了结构分析。通过施工现场实际监测数据的分析以及在基坑支护与开挖过程中进行的有限元数值模拟，对软土深基坑开挖过程中所引起的位移与沉降进行了较为全面的研究。本文完成的主要工作及研究成果如下: 1)南京地铁五号线南京西站站车站总长180m，研究区为车站一期工程长95.6m。该车站为中间地下两层岛式车站，站台板宽11m，标准段宽20.1m，深约16.79m，端头井宽24.3m，深约18.55m。根据该工程地质岩性、地质构造、气象条件、水文条件、地质不良条件等，分析可知由于基岩埋藏较深，对浅埋车站影响不大，车站主体结构位于淤泥质粉质黏土层，因承压水层埋藏较深，车站主体主要受地表填土层孔隙潜水影响，主要存在的不良地质条件主要表现为填土层赋水性差和软土层强度低、高压缩性、高敏感性等特性，从而得到大量有效参数及边界约束条件。 2)通过场区土层特性、土层物理力学性质可知②-2b4淤泥质粉质黏土承载力特征为100kPa，然后依据场地与地基地震效应、支护设计原则、基坑止水及降水措施等，经过方案比选后最终确定地下连续墙+内支撑作为该研究项目支护体系。 3)地下连续墙侧壁重要系数γ0为1.10，地面标高9.4m，地下连续墙标高7.55m，基坑外附加荷载为150kPa，冠梁尺寸为1200mm*800mm，混凝土强度等级为C35;砼支撑尺寸为800mm*1000mm，混凝土强度等级为C35;地下连续墙厚800mm，标准段长36.5m、端头井长39m，混凝土强度等级C35P10;钢支撑采用Q235，Φ609钢材，标准段1道砼支撑及3道钢支撑设置标高分别为:8.05m、3.05m、-1.45m、-4.667m等参数的条件下，利用理正深基坑软件单元计算模式计算基坑在开挖9个工况下，支护结构断裂区域的包络位移、弯矩、剪切力及地表沉降变化情况并分析得到随基坑开挖深度不断增加支护结构水平位移逐渐增加再减小的趋势且在基坑开挖底部以上3m左右变形最大，地表沉降随开挖深度增加远离基坑方向沉降表现先增大后减小的规律。 4)相对于其他有限元软件FLAC3D表现出较多优势，在该软件建立的摩尔～库伦本构模型下选取衬砌单元与支撑单元作为研究对象，然后利用FLAC3D软件建立仿真模型进行数值模拟分析，实际仿真模型左右边界距离基坑3～5倍基坑距离且数值模型的尺寸为:X×Y×Z=176m×106m×60m。依据地层物理力学参数、结构材料参数并输入实际边界约束，在5个施工工况下，对模型进行分析得到最大不平衡力在计算到3100时长后，无限接近于0，表明生成的模型趋于稳定;从最初和最终水平应力场可知基坑开挖支护完成后相对于原始状态水平方向应力场自上而下应力都有所增加，且中上部由于基坑内被动土压力卸载，使得中上部主动土压力增长较为明显。 5)根据基坑特点选择合适的基坑开挖方法，利用FLAC3D软件进行仿真模型数值模拟分析，在5个施工工况下，对模型进行分析得到仿真模型模拟在基坑深度约14.15m位置处，地墙水平位移最大值为23.15mm。墙体发生的深层最大水平位移位于基坑基底以上约3米的位置处。模拟分析的最大沉降量是20.23mm，地表面沉降与距基坑边缘的距离之间的关系呈抛物线形，沉降随基坑距离增加逐渐变大，且到达一定范围时开始呈现下降的趋势。随着开挖深度的增加，基底隆起数值也不断增加，并且距基坑中心轴的距离增加，基坑基底隆起数值慢慢减少。最后对支护结构水平位移模拟值、设计值、监测值和地表沉降设计值、模拟值进行对比分析，得到模拟分析数值较符合实际工况且更具有参考价值，从而验证设计合理性及模拟的正确性。 |
| 作者： | 罗宝龙 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 宗琦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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