论文部分内容阅读
随着城市化建设的不断深化和地铁线路的不断补充和完善,在沿海特殊地质条件下新建地铁车站近接,实现与邻近既有车站平行换乘的施工实例将越来越多。在填海淤泥地层中,填海淤泥明显的“三高三低”特性会使得在近接既有地铁车站的深基坑施工过程中,既有车站和深基坑主体围护结构的变形情况极其复杂。在这种复杂条件下,新建基坑施工与既有运营车站的稳定性控制是决策者需要面对的一个重要难点。为分析填海淤泥地层近接基坑开挖侧向卸荷的时空效应和流固耦合效应对基坑施工稳定性的影响,本文以与深圳地铁5号线和1号线前海湾车站群平行换乘的11号线前海湾站车站基坑施工为工程背景,采用数字照相量测技术和人工制斑方法,对不同固结压力和不同卸荷速率条件下填海淤泥侧向卸荷的力学特性进行试验研究。并采用数值模拟方法,对工程明挖段一个砼支撑标准断面进行时空效应分析,对盖挖段近接地铁车站群深基坑施工进行二维流固耦合分析和三维数值模拟分析,最后结合工程实际,对近接工程的明盖挖方法进行定性定量对比分析。本文研究主要得出以下结论:(1)采用数字照相量测技术和人工制斑方法,对不同固结压力和卸荷速率下的填海淤泥重塑土进行侧向卸荷数字照相量测实验分析。实验结果表明,在不同固结压力下,试样变形可以明显划分为三个特征区域,即压缩剪切区、拉伸剪切区和压缩区。试样侧向位移与时间呈指数增长关系,而偏应力与侧向应变呈双曲线关系,且表现出明显的归一化特性,说明采用邓肯张模型可以较为准确的描述填海淤泥软土的卸荷特性。在不同卸荷速率下,基坑开挖速率提高一倍,基坑主动区内土体产生的侧向变形几乎也会提高一倍。(2)对填海淤泥地层基坑开挖的时空效应研究结果表明,空间效应中的横向分段数和竖向分层数都与桩最大位移、地表沉降最大值和支撑轴力等呈指数衰减关系。即分层、分段数越多,基坑稳定性越好。且横向分段的开挖效果最好,横向和竖向都分段次之,最后为纵向分段。对于本工程的稳定性控制,应先开挖远离隧道一侧的横向分段,且基坑开挖分层厚度控制在1.5~2m左右。在开挖深度8m范围内淤泥地层和14m至17m的砂质粘性土地层时,桩变形速率最快。(3)对基坑近接地铁车站群盖挖段进行二维流固耦合的稳定性计算结果表明,考虑流固耦合比不考虑时的计算结果更加贴近真实数据。在11号线深基坑盖挖段施工过程中,既有地铁车站的变形以主体结构的隆起变形为主,且5和1号线主体结构对11号线基坑开挖有明显的“遮拦”作用。(4)对盖挖段“分层、分段”开挖的基坑三维稳定性分析结果表明,虽然基坑阶梯式开挖使得后开挖区段土体向先开挖区段坑底流动,但基坑围护结构和既有车站群主体结构的变形都可以控制在工程允许范围内,说明采用“钢支撑+排桩+抗拔桩+盖挖逆作法”的支护体系能有效保证新建基坑和既有车站群的稳定性。(5)通过对邻近地铁车站群的明、盖挖数值分析对比可知,采用明挖顺作法,但会使围护结构的水平位移增大60%~100%,既有结构物的竖向位移增大80%,尤其对于坑底隆起,最大会增大约3倍,对工程施工的安全控制极其不利。从经济效益评价,明挖顺作法优于盖挖逆作法。但从社会效益、适用效益和防灾效益评价,盖挖逆作法优于明挖顺作法。通过模糊比较的计算结果进行综合评价,盖挖逆作法优于明挖顺作法。