填海淤泥地層近接大型地鐵車站深基坑施工穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著城市化建設(shè)的不斷深化和地鐵線路的不斷補(bǔ)充和完善,在沿海特殊地質(zhì)條件下新建地鐵車站近接,實現(xiàn)與鄰近既有車站平行換乘的施工實例將越來越多。在填海淤泥地層中,填海淤泥明顯的“三高三低”特性會使得在近接既有地鐵車站的深基坑施工過程中,既有車站和深基坑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況極其復(fù)雜。在這種復(fù)雜條件下,新建基坑施工與既有運營車站的穩(wěn)定性控制是決策者需要面對的一個重要難點。
　　為分析填海淤泥地層近接基坑開挖側(cè)向卸荷的時空效應(yīng)和流固耦合效應(yīng)

2、對基坑施工穩(wěn)定性的影響,本文以與深圳地鐵5號線和1號線前海灣車站群平行換乘的11號線前海灣站車站基坑施工為工程背景,采用數(shù)字照相量測技術(shù)和人工制斑方法,對不同固結(jié)壓力和不同卸荷速率條件下填海淤泥側(cè)向卸荷的力學(xué)特性進(jìn)行試驗研究。并采用數(shù)值模擬方法,對工程明挖段一個砼支撐標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行時空效應(yīng)分析,對蓋挖段近接地鐵車站群深基坑施工進(jìn)行二維流固耦合分析和三維數(shù)值模擬分析,最后結(jié)合工程實際,對近接工程的明蓋挖方法進(jìn)行定性定量對比分析。本文研究主要

3、得出以下結(jié)論:
　　(1)采用數(shù)字照相量測技術(shù)和人工制斑方法,對不同固結(jié)壓力和卸荷速率下的填海淤泥重塑土進(jìn)行側(cè)向卸荷數(shù)字照相量測實驗分析。實驗結(jié)果表明,在不同固結(jié)壓力下,試樣變形可以明顯劃分為三個特征區(qū)域,即壓縮剪切區(qū)、拉伸剪切區(qū)和壓縮區(qū)。試樣側(cè)向位移與時間呈指數(shù)增長關(guān)系,而偏應(yīng)力與側(cè)向應(yīng)變呈雙曲線關(guān)系,且表現(xiàn)出明顯的歸一化特性,說明采用鄧肯張模型可以較為準(zhǔn)確的描述填海淤泥軟土的卸荷特性。在不同卸荷速率下,基坑開挖速率提高一倍,基

4、坑主動區(qū)內(nèi)土體產(chǎn)生的側(cè)向變形幾乎也會提高一倍。
　　(2)對填海淤泥地層基坑開挖的時空效應(yīng)研究結(jié)果表明,空間效應(yīng)中的橫向分段數(shù)和豎向分層數(shù)都與樁最大位移、地表沉降最大值和支撐軸力等呈指數(shù)衰減關(guān)系。即分層、分段數(shù)越多,基坑穩(wěn)定性越好。且橫向分段的開挖效果最好,橫向和豎向都分段次之,最后為縱向分段。對于本工程的穩(wěn)定性控制,應(yīng)先開挖遠(yuǎn)離隧道一側(cè)的橫向分段,且基坑開挖分層厚度控制在1.5~2m左右。在開挖深度8m范圍內(nèi)淤泥地層和14m至1

5、7m的砂質(zhì)粘性土地層時,樁變形速率最快。
　　(3)對基坑近接地鐵車站群蓋挖段進(jìn)行二維流固耦合的穩(wěn)定性計算結(jié)果表明,考慮流固耦合比不考慮時的計算結(jié)果更加貼近真實數(shù)據(jù)。在11號線深基坑蓋挖段施工過程中,既有地鐵車站的變形以主體結(jié)構(gòu)的隆起變形為主,且5和1號線主體結(jié)構(gòu)對11號線基坑開挖有明顯的“遮攔”作用。
　　(4)對蓋挖段“分層、分段”開挖的基坑三維穩(wěn)定性分析結(jié)果表明,雖然基坑階梯式開挖使得后開挖區(qū)段土體向先開挖區(qū)段坑底流動

6、,但基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和既有車站群主體結(jié)構(gòu)的變形都可以控制在工程允許范圍內(nèi),說明采用“鋼支撐+排樁+抗拔樁+蓋挖逆作法”的支護(hù)體系能有效保證新建基坑和既有車站群的穩(wěn)定性。
　　(5)通過對鄰近地鐵車站群的明、蓋挖數(shù)值分析對比可知,采用明挖順作法,但會使圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移增大60％~100%,既有結(jié)構(gòu)物的豎向位移增大80%,尤其對于坑底隆起,最大會增大約3倍,對工程施工的安全控制極其不利。從經(jīng)濟(jì)效益評價,明挖順作法優(yōu)于蓋挖逆作法。但從社會