地铁车站深基坑工程对周边环境变形影响数值模拟研究

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地铁车站深基坑工程经常处于建筑物及地下管线等分布密集的区域,研究地铁车站深基坑工程对周边环境变形的影响具有重要意义。本文依托南京某地铁车站深基坑工程,采用数值模拟方法,分析了基坑对周边环境变形的影响规律,在明确变形控制标准的基础上,运用ABAQUS软件提出并优化了基坑周边环境的变形控制方案,通过分析工程监测数据,验证了数值模拟结果的合理性。本文的主要工作如下:1.根据数值模拟结果,探究了基坑施工对邻近建(构)筑物与地下管线变形的影响规律,结果表明:邻近基坑的建筑物会产生向基坑中部和坑内的倾斜;应重点关注紧邻基坑的建筑物,其沉降量与倾斜值明显大于其它建筑物;地下管线沿基坑长度方向的变形分布曲线近似“U”形;紧邻基坑浅埋管线的沉降与其距基坑的距离及埋深的相关性不明显;对基坑中部附近的地下管线,应主要控制其沉降量,对基坑端头井附近的地下管线,应主要控制其差异沉降量。2.基于工程实际采用的基坑支护结构设计方案,考虑不同的竖向布置、水平布置和截面类型,对支护结构的6道支撑进行优化设计的模拟,结果表明:下调第6道支撑会增大周边环境的变形;架设临时支撑、增大第2道支撑的截面尺寸均有利于抑制周边环境的变形。依据上述结果确定了支护结构的优化方案:将第2道支撑的截面尺寸从Φ609mm×16mm增大为Φ800mm×16mm,在第4道支撑上方3.0m处架设临时钢管支撑。3.对邻近基坑某浅基础建筑物采用隔离桩保护方案进行数值模拟,考虑了桩长、桩中心距、桩径、平面布设部位及范围等因素的影响,结果表明:隔离桩的桩长越长、中心距越小、桩径越大,其变形控制效果越好;将隔离桩墙向基坑中部延伸可提高其变形控制效果;隔离桩墙离保护对象越近,其变形控制效果越好。依据上述结果确定了隔离桩的优化布设方案:桩长、中心距与桩径分别取35m、1600mm、1000mm,平面布置长度在与保护对象等长的基础上向基坑中部延伸15m,隔离桩中心轴线距建筑物边线3m。4.根据工程监测数据,对比验证了数值模拟结果的合理性,分析了实际工程中基坑周边环境的变形,结果表明:数值模拟结果能较好地反映基坑与周边环境变形的主要特征,数值模拟结果与监测数据体现的变形规律基本一致;基坑未开挖至坑底设计标高时,基坑周边环境已产生较大变形,建议对周边环境采取变形控制措施。5.依据数值模拟结果,提出了基坑周边环境变形控制的建议方案:在对工程实际采用的基坑支护设计方案进行优化的基础上,对邻近基坑的浅基础建筑物及管线采用隔离桩进行保护。以某浅基础建筑物为例,对前述建议方案进行了数值模拟验证分析,结果显示:该建议方案可满足邻近基坑建筑物的变形控制要求,并可使隔离桩墙大部分保护区域内的各类管线变形不超出控制值。
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