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原文传递承压水作用下地铁深基坑开挖施工设计技术研究

论文题名：	承压水作用下地铁深基坑开挖施工设计技术研究
关键词：	承压水头;水作用;地铁深基坑;开挖施工;地面沉降;抗突涌安全系数;基坑开挖深度;水头降;抽水井;降水;稳定性;水平位移;临界深度;离心模型试验;基坑变形;稳态渗流;设计和施工;低值;地面超载;水头变化
摘要：	随着城市地下空间开发规模加大以及向地层更深处延伸，在地下工程的设计和施工中遇到的承压水问题也越来越多，承压水基坑中承压水的承压性和渗透性使其不同于一般的基坑，基坑施工过程中的坑底稳定性和降水引起的地层沉降问题更突出，本论文针对承压水基坑的主要技术难点，结合上海某具体工程，主要开展了以下研究内容： (1)承压水对基坑稳定性影响的试验分析，主要研究离心模型试验对承压水的模拟技术及通过离心模型试验研究开挖深度、承压水水头、缺失与存在相对隔水层对基坑稳定性的影响；(2)降水的渗流路径分析，主要采用稳态渗流理论和非稳态渗流理论以及BIOT固结理论，研究承压水降水引起的渗流、降水对周边环境的影响、降水对土体物理力学指标的影响；(3)通过室内三轴试验，了解承压水降水前后，土体物理力学指标的变化，利用cam-clay本构模型，通过FEM程序对承压水地层的基坑施工过程不同开挖阶段，基坑的稳定性进行数值分析；(4)设计和施工参数分析，主要通过现场的实测数据分析承压水降压量、承压水降压与时间关系、含承压水基坑开挖速度与支撑方式的研究。通过以上研究，主要得到以下结论：(1)基坑坑周地表沉降、坑底隆起、墙体最大水平位移、墙脚水平位移不仅与开挖深度有关，还与承压水头即抗突涌安全系数等有关。基坑开挖深度存在一临界深度，当实际开挖深度小于该临界深度，基坑变形随抗突涌安全系数线性变化；当开挖深度超过该临界深度，基坑变形随抗突涌安全系数的减小非线性增长，即随抗突涌安全系数的减小，基坑变形的增长率增大；(2)地面最大沉降点离基坑边的距离约为0.4～0.6倍基坑开挖深度；抗突涌安全系数越小，地面最大沉降点离基坑的距离越远；由于地面超载的影响，地面最大沉降将增大，且最大沉降点离基坑边缘的距离随超载的位置改变；(3)为增大抗突涌安全性所进行的抽取承压水措施，可减小坑底隆起量，但同时将导致较大的地面沉降；过多的抽取承压水是导致黄兴路车站基坑开挖施工中较大地面沉降的原因之一；(4)当基坑坑底采取加固措施后，为避免由于降水引起的较大地面沉降，抗突涌安全系数可适当低于1.1；(5)抽水井的布置在施工方便的前提下，应考虑基坑两侧超载的大小，尽量离超载大的一侧远一些。由于基坑南边的地面超载较大及抽水井离南侧较近等原因，导致黄兴路车站基坑实际施工时南侧的地面沉降较大；(6)抽水引起的地面沉降与时间有关。抽水初期，地面沉降较小，但随时间增长较快，一个月左右时地面沉降较大，其后随时间的增长渐缓，因此实际施工时应考虑抽水对基坑的后续影响；(7)在⑥层缺失的情况下，如仅降⑦层深承压水层，降水初期的影响范围为60m左右，3个月可达100 m左右；⑦层承压水的水头在离抽水井10m距离范围内变化较大，而⑤-2层的水头变化曲线较平缓，在20m的距离范围内，水头降低值大致相同；沉降曲线的变化趋势与水头变化的规律相同；(8)⑥层缺失时，抽⑦层承压水可降低⑤-2层的承压水头，但降低的幅值较小；⑦层由于抽水引起的沉降前期较大，而⑤-2层前期沉降较小，随时间慢慢增大；⑦层承压水水头降低值与⑤-2层承压水头降低值、各土层的沉降值可视为线性关系；(9)⑥层缺失时，与降⑦层承压水相比，如果仅降⑤-2层承压水，同样的水头降低值会导致较大的沉降及沉降差；且由于⑤-2层的水源补充，要达到同样的水位降低值，仅抽⑦层承压水时的抽水量要大于⑤-2层的抽水量；(10)⑥层的存在将减小地表沉降量，并可较大地减小墙脚水平位移、基底隆起量。以上研究内容和主要研究成果不仅很好地指导了上海某工点的施工，同时也可为今后类似工程的设计和施工提供借鉴和参考。关键词：基坑；承压水；离心试验；有限元；渗流分析
作者：	毕湘利
专业：	道路与铁道工程
导师：	周顺华
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输学院
学位年度：	2004
正文语种：	中文