围护结构在地铁中间风井深基坑的变形规律分析

围护结构在地铁中间风井深基坑的变形规律分析

宋德文

广州地铁集团有限公司广州海珠430074

摘要：我们下面以某一个地铁站工程为例，依照从施工场地所得到的数据来判断围护桩体位移随基坑开挖深度的变形规律和钢支撑预加力对围护变形结构变形的影响。并利用FLAC有限分差法来精准的判断出围护结构是否会受到钢支撑架设时间的影响而变形。

关键词：地铁；变形规律；深基坑

一、工程概况

1.1工程地质条件

在某一个地铁站工程中，地势相对平坦。而且砂卵石土层为该工程的主体结构，同时，建造这个地铁工程的地区，地质相对良好。杂填土是特殊岩最为重要的组成部分，它主要在特殊岩打的表层部分，显得并不是很厚，所以对工程不会造成太大的影响。

1.2基坑支护形式

通常，中间风景基坑的深度为25到26m之间，而宽度则为21m，而使用的施工方式主要以明挖顺做法为主。在进行支护的时候，主要是利用旋挖桩，而规格大小则为1200@2000，在旋挖过程中，则主要是利用玻璃纤维筋桩，规格大小则为1500@1800。另外，还要利用内支撑体系，而在进行支撑的时候，主要是利用钢管，而规格大小为600。基坑支护平面图如下图所示：

二、施工检测规律

2.1桩体位移和开挖深度之间的关系

由于对基坑的开挖工作以及对钢支撑施工的进行，让桩体的水平位移情况也随之出现了下移的情况，在对第一层进行开挖的时候，如果距离桩顶1m的话，那么桩体位移的最大值为1.64mm，而在度第二层进行开挖的时候，最大位移值为5.5m。同时，在对基坑底部进行开挖的时候，最大位移值则为7.8mm。

对基坑底部开挖的过程中，会有两个钢支撑，其中水平位移值最大能够达到10.5mm，不过水平位移的最大值通常出现在二三层之间，对第三层的支撑施工结束以后，桩体水平位移就不会再发生变化，而其最大值的位置会移到第三层支撑部位，这就充分的证明如果对第三道支撑进行良好的施工处理的话，那么就能够有效地掌控桩体的水平位移情况。相同的开挖深度，在铺设了钢支撑之后，桩体的水平位移值也会呈现出下降的趋势。

对基坑底部开挖的过程中，桩体位移值最大能够有14.5mm。不过在铺设了钢支撑以后，桩体位移受到了一定的控制。而之所以会出现这样的情况，主要的原因在于桩体的位置在基坑附近，便道大型施工吊车经常停留该测点附近作业以及重载车辆来往较多等。

三、三维数值模拟

3.1创建模型

通常，会在比洞室直径高出3倍的范围里对地下洞室来进行开挖工作，所以在选择区域的时候，尺寸最好以70乘60乘60为主，并利用Midas/GTS软件来进行建模。而在细分模型的过程中，最好将其细分成两万多个单位。因为基坑边缘比较容易发生施工堆载的情况，所以基坑边缘均步超载15kPA。采用桩来对围护桩体进行模拟，而利用梁单元来对钢支撑进行模拟。此外，考虑到在进行开挖的准备期，就要往坑里进行降水，因此在进行计算的过程中，并不将地下水渗流是否会给基坑变形造成破坏。

3.2计算工况

对监控数据比较完善的桩来进行施工。基坑开挖工程一共具有5个步骤，面对这5个步骤，施工人员就要拿出具体的施工计划：

工况1：基坑开挖深度至3.0m，施作冠梁，并在2.0m处施作第1道钢支撑。

工况2：基坑开挖深度至9.0m，在8.0m处施作第2道钢支撑。

工况3：基坑开挖深度至15.0m，在13.5m处施作第3道钢支撑。

工况4：基坑开挖深度至21.0m，在19.5m处施作第4道钢支撑。

工况5：开挖至基坑底部，深度为26.0m。

四、计算结构和检测结果对比分析

4.1桩体水平位移计算值和实测值的对比

由于基坑的开挖，让土体出现了松动，应力就出现了一定的变化，此时就造成了桩身的变形，而且还会在每个施工阶段都展现出不一样的变形特点。我们下面分析一个数据较为完善的桩，来详细说明一下桩身的变化过程。

通常，通过分析能够了解到，桩体在进行数值模拟的时候，和监测到的曲线在趋势上完全相同，不过因为数值模拟计算并不将天气、下水渗流等因素算在内，所以造成计算结果并非十分准确。在钢支撑施工结束以后，因为开挖深度以及桩体变形的程度都很小，所以水平位移的最大值会出现在桩顶，通常是6mm。在开挖期间，两个工况的桩体水平位移会逐渐的变大，然后位移增量就会慢慢变小。根据计算所得出的数据以及监测结果来看，桩体变形的位置会出现在6m深的地方，而这也是桩体出现变形程度最为严重的一次。而进行实测的话，最大的位移为13.5mm，这个数值要比变形控制位移的情况小的多。根据监控数据的实际情况能够看出，钢支撑位置所形成的预加轴力很大程度的制约了围护桩的变形情况。

4.2钢支撑轴力计算值和监控值的对比

选择基坑中间的横向钢支撑进行计算，然后和监控数据进行比较，就能够明显的发现，当基坑开挖以后，支撑轴力会逐渐的变大，知道开挖工作结束以后才慢慢的达到稳定的状态。这种情况，和桩体随基坑开挖向坑内一步步变形的情况时完全一样的，这就充分的证明了，钢支撑一直能够对维护体系产生施压的效果。在基坑施工期间，钢支撑的轴力会经常出现波动，而之所以会出现这样的情况，主要是因为受到施工温度的影响。

第一道支撑轴力并没有发生较大的变动；而二三道支撑轴力会出现相反的变化，也就是说当第二道支撑轴力变大的时候，第三道轴力就会变下，而当第二道支撑轴力变小的时候，那么第三道轴力就会变大。这种情况则很好的证明了在深基坑中部钢支撑之间能够达到非常良好协同效果，从而让深基坑在施工期间能够得到足够的安全保障。

相关技术人员对钢支撑轴力的监测值以及计算值分别进行了比较，结果如下：

第1道支撑的合计值为555，而实测最大值为517，计算最大值则为541。

第2道支撑的合计值为1705，而实测最大值为883，计算最大值则为1013。

第3道支撑的合计值为1280，而实测最大值为877，计算最大值则为925。

第4道支撑的合计值为1560，而实测最大值为852计算最大值则为963。

通过结果我们能够看出，钢支撑计算轴力和实测轴力非常接近，计算值也要大于实测值，而且无论是计算值还是实测值，都没有设计值大。

结束语

通过以上内容的介绍我们能够了解到，本文主要是通过一个工程实例，并采用利用FLAC有限分差法来精准的判断出围护结构是否会受到钢支撑架设时间的影响而变形，同时，还采取实时监控的方式以及Midas/GTS软件模拟的形式，来对不同深基坑处于不同开挖阶段的围护结构变形特点进行深入的探究，以此确保地铁施工的安全性。

参考文献

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