济南地铁1线趵突泉路地铁站基坑开挖支护设计开题报告

1、轨道交通学院毕业设计（论文）开题报告题目：地铁1号线趵突泉路地铁站基坑开挖支护设计专业交通工程班级12115412学号1211541239姓名波指导教师徐辰诚2016年2月29日1 本课题的目的和意义、国外研究现状、水平和发展趋势1.1 课题的目的和意义研究目的：通过了解地铁趵突泉路站的工程概况、水文地质和周围环境，然后结合对现有基坑开挖支护工法和车站实际情况的比较选择出适合本车站的开挖支护方案。接着通过土压力的计算、结构力的计算，配筋、验算、支撑设计、变形估算等对基坑的开挖支护做理论上的数据分析，最后通过施工组织说明各个工序施工的工法和应注意的问题。研究意义：随着经济的快速发展，城市综合规模

2、的快速扩大，中国城市化进程的加快，城市人口的增加给城市交通带来巨大的压力，轨道交通也更加突显出其巨大的作用。有句话叫做“十九世纪修大桥，二十世纪建高楼，二十一世纪开发地下交通资源”。近30年来，中国城市轨道交通正逐渐进入稳步、有序和快速发展阶段，尤其是近10年来，在国家政策的正确引导和相关城市对规划建设轨道交通的积极努力之下，其发展速度、规模和现代化水平，都展现了其后军突起之势。地铁车站的大量建设伴随着对基坑工程的不懈研究。为了保障在基坑施工的安全，周围环境不受破坏，就需要采取支护结构对基坑进行支护。基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大风险。基坑工程的区域性很强，不同的水文地质及工程

3、地质条件下的基坑工程的差异较大。基坑工程的环境复杂性很明显，基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全稳定，而且要有效的控制基坑周边地层的变形及对周围环境的保护。深基坑工程是与众多因素相关的综合技术，是一个系统的工程问题，必须具有结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科知识，同时具有丰富的施工经验，并结合拟建场地的土质和周围环境情况，才能制定出因地制宜的支护结构方案和实施办法。它与场地工程勘察、支护结构设计、施工开挖、基坑稳定、降水、施工管理现场监测、相邻场地施工相互影响等密切相关。基坑设计与施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多相关的

4、复杂问题，是理论上尚待完善、成熟和发展的综合技术学科。如何根据场地工程性质、水文地质、环境条件制定合理的设计方案；如何在保证稳定性的前提条件下，设计最经济的方案，也是基坑比较重要的问题。因此在基坑工程设计中，需要严谨、周密的分析与计算。1.2 国外研究现状与水平国外20世纪30年代，太沙基和皮克等最先从事基坑工程的研究，20世纪60年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测，从20世纪70年代起，许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外又有了新进展。20世纪80年代前，国为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑

5、深不过4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。20世纪80年代初才开始出现大量的基坑工程。到20世纪80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右,少数超过10m。进入20世纪90年代后，在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下，全国工程建设亦突飞猛进，高层建筑迅猛发展，建筑高度越来越高，同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是，城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下工程、隧道及井孔工程等先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术有的已达到

6、国际先进水平，促进了建筑科学技术的进步和施工技术，施工机械和建筑材料的更新与发展。为了保证建筑物的稳定性，建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求，随之出现的问题也越来越多，这给建筑施工特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难。1.3 发展趋势国外许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外新进展有：（1）全过程机械化。从护坡、土方开挖、结构施工，包括暗挖法施工的拱架安装、喷射混凝土、泥浆配制和处理等工序的机械化，同时采用计算机技术进行监控，从而保证了施工安全快速施工和优良的工程质量。（2）盾构法得到较大发展。近30

7、年英、美、法、日等国大量采用盾构施工技术，日本已生产盾构近万台，用于地铁、铁路、公路，水工及管网施工，已出现双联、三联、四联盾构，能完成三跨地铁车站，开挖宽度达17m日本正设想设计直径80m的盾构，在地下建造人造太阳和住宅区。（3）微型盾构和非开挖技术已广泛应用。主要用于建造各种直径的雨、污水、自来水管道和电缆管道、微型盾构就是直径2m以下的盾构。刀盘掘进，遥控和卫星定位控制方向和坡度，然后安装管片非开挖技术就是采用微型钻机，通过切割轮成孔，退回钻杆后安装管线或电缆。（4）预砌块法施工技术。拱圈是在土方开挖后采用拼装机安装，管片上留有注浆孔，衬砌拼装完成后，由注浆孔向壁后注浆，堵塞空隙，增强围

8、岩与衬砌的共同作用。法国用此法施工的最大单拱跨度达24.48m。（5）预切槽法施工技术。意、法等国制造了一种地层预切槽机，采用链条沿拱圈将地层切割出一条宽15cm，长45m的槽缝，然后向槽缝喷射混凝土，并在其保护下开挖土方，做防水层及二次衬砌，形成隧道。（6）顶管大管棚法。修建地铁车站时，在顶管灌混凝土，形成大管棚，再在其保护下进行暗挖施工。（7）微气压暗挖法。就是在具有1个大气压以下的压缩空气环境下，按照“新奥法”原理进行施工。优点是可以排出地下水，保证工作面干燥;由于气压存在，可减少地面沉降;还可降低衬砌成本。（8）数字化掘进，又称计算机化掘进，应用于硬岩工程的开挖在数字化掘进时，钻杆的推

9、进是程序化的，从一个洞到另一个洞也是自动的。掘进机手可以同时管理3套钻杆，其作用是监督钻杆的运动，必要时予以调整。孔位、孔深和掘进序列预先已在掘进机的计算机软件中安排，掘进方向由激光束控制，实现了孔的严格定位，从而可以实现掘进工艺的最优化以及曲线隧道的掘进。数字化掘进的优点是:控制隧道掘进的超挖;实现掘进方案的优化;消除了工作面上的人工测量。2 文献查阅、调研情况2.1 文献综述1）浅谈国外深基坑支护技术的现状及进展1简要介绍了深基坑工程中的深基坑支护技术的主要意义及现状，同时对深基坑支护技术的发展趋势进行了展望。除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外新进展有：

10、全过程机械化，盾构法得到较大发展，微型盾构和非开挖技术已广泛应用，预砌块法施工技术，预切槽法施工技术，顶管大管棚法，微气压暗挖法，数字化掘进，又称计算机化掘进，应用于硬岩工程的开挖在数字化掘进时，钻杆的推进是程序化的，从一个洞到另一个洞也是自动的。2）基础工程技术发展综述2在对国外基础工程技术分析总结的基础上，重点对我国在同一大面积整体基础上建有多栋高层建筑或多层建筑的地基基础设计方法、基础变刚度调平设计方法、深大基础回弹以及再压缩变形特征及计算方法、基础结构抗浮设计、桩基工程新技术、既有建筑地基基础的工作性状及工程应用方法、地铁交通枢纽工程的地基基础加固改造等技术成果进行介绍。这些成果体现出

11、我国基础工程技术的特点和技术先进性。3）深基坑工程设计理论与工程应用4重点对国外的深基坑稳定与变形研究成果进行了分析与总结。其中包括深基坑工程的土力学问题，深基坑工程在围护结构施工、降水过程中产生的坑底隆起、基坑稳定问题以及土方开挖各阶段的变形预测与控制问题分析与讨论，深基坑工程监测与信息化施工等容。这为本课题的提供一定的参考资料。4）深基坑支护新技术精选集6主要针对基坑支护技术现状,介绍了一些常用的基坑支护新技术,如土钉支护、锚固支护、复合土钉支护、桩挡墙支护、逆作法等。并介绍各种基坑支护技术的设计和施工、地下水控制、土方开挖、工程监测和周围环境保护等关键容,并列举了部分典型的工程案例。对于

12、本课题十分有用。5）浅谈基坑稳定性分析7简要分析了影响基坑稳定性的几个重要因素,并结合工程实例进行了验算,同时总结出基坑稳定性的分析和演算方法,最后强调了基坑抗隆起计算在基坑稳定性分析中的重要性。6）地下连续墙的设计施工与应用8介绍了地下连续墙的设计、施工方法及最新的科研成果：地下连续墙概念、槽孔稳定理论、设计方法和试验检测成果；泥浆原材料的基本性能，泥浆的技术特性和测试方法、生产和回收技术以及特种泥浆；地下连续墙的各种墙体材料的性能、配比和施工要点；地下连续墙的施工机械、工艺和管理；特种地下连续墙的施工；地下连续墙的应用状况，对其发展前景进行了展望。这为本课题在设计连续墙时提供一定的参考价值

13、。2.2 调研情况在图书馆、知网、百度学术查阅了许多关于地铁站基坑开挖支护设计的文献与资料。其中，深基坑与边坡支护工程设计施工经验录、地下连续墙的设计施工与应用、结构力学、土力学、钢结构、建筑基坑支护技术规程、建筑桩基技术规、建筑地基基础设计规混凝土结构设计规等容，对本次设计有极大的帮助。3 本课题的基本容、重点、难点3.1本课题的基本容1、工程概况（1）工程简介（2）工程地质条件（3）水文地质条件（4）特殊地质条件2、支护方案的选择与比较（1）基坑支护的类型及其特点和适用围（深层搅拌水泥土围护墙、土钉墙、排桩支护、槽钢钢板桩、钻孔灌注桩、SMW工法、地下连续墙）（2）方法的比较及确定3、土压

14、力计算（1）地面荷载的确定（2）土压力计算（3）土层力学参数平均值4、结构力计算（1）计算理论的确定（2）结构力计算（3）地下连续墙的配筋计算5、基坑稳定性分析（1）基坑的整体稳定性验算（2）基坑的抗隆起稳定性验算（3）基坑抗渗流稳定性验算6、支撑设计（1）围檩设计（2）支撑设计7、基坑变形估算及控制（1）简介（2）基坑的变形估算8、结论3.2 本课题的重点1）基坑开挖深度下的土压力2）结构力计算3.3 本课题的难点基坑开挖深度下的土压力计算，需要运用土力学、结构力学和材料力学的理论和公式，而力学知识是个薄弱环节，考虑的因素较多。结构力计算中需运用等值梁法分析,还需计算支护结构、连续梁各支点的

15、弯矩、剪力，画出简图。4 解决问题的方法、手段、措施等4.1拟采取的方法和技术首先计算土压力，通过查阅资料得到土压力的计算方法：按朗肯土压力计算主动与被动土压力强度，计算公式如下：P二（q+丫丫h）K-2c胃aiia*aP=（q+丫丫h）K+2cKpiipp式中P、a朗肯主动与被动他压力强度，kPa；地面均匀荷载，kPa；丫i第i层土的重度，kN/m3；hi第i层土的厚度，m；ap朗肯主动与被动土压力系数K二tan2（45°）K二tan2（45°+）a2p2式中c、©-计算点土的抗剪强度指标土压力系数：K二tg2（45。-）主动土压力系数：a2K二tg2（45。+

16、-）被动土压力系数：p2其次，选择合适的方法进行结构力计算，计算方法很多，有等值梁法、二分之一分担法、逐层开挖支撑支承力不变法、弹性地基梁法（m法）、有限元计算法等。本设计在结构力计算时可采用分段等值梁法，计算挡土结构的弯矩和支撑力，并计算桩墙的入土深度。多道支撑等值梁法，当基坑开挖深度较大时，桩体的上端受到支撑（锚杆）的支撑作用，下端受到土体的嵌固作用。应用等值梁法进行计算时，首先应确定反弯点（正负弯矩等于零）的位置，实际上地面下土压力等于零的位置与弯矩为零的位置很接近，因此计算时用土压力为零的点代替反弯点的位置。等值梁法需计算固端弯矩并进行分配，最后计算各支点的反力。4.2 选择的工具硬件

17、方面：计算机。软件方面：word文档，excel表格等。4.3 工作进度安排2016.02.282016.03.08查阅资料，完成开题报告撰写2016.03.082016.03.22撰写论文提纲，完成文献综述和外文参考文献翻译2016.03.232016.04.13开始撰写论文2016.04.142016.05.04计算建模，进行中期检查2016.05.052016.05.152016.05.162016.05.26完成论文撰写，开始绘图所有图纸绘制完毕交指导老师看初稿2016.05.272016.05.302016.05.312016.06.12根据指导老师建议修改和调整，完成正式稿。上传所

18、有材料，准备答辩，完成答辩。2016.06.132016.06.19论文工作总结、整理材料、归档5 论文提纲1、工程概况2、支护方案的选择与比较3、土压力计算4、结构力计算5、基坑稳定性分析6、支撑设计7、基坑变形估算及控制8、结论6 主要参考文献1志国，丽诗.浅谈国外深基坑支护技术的现状及进展.，：市建筑工程研究.：市城现技术服务中心2宫剑飞，建民，滕延京.基础工程技术发展综述.土木工程学报.2012.53 克恭，松玉.土力学.中国建筑工业.2010.10第三版4 刚，焦莹编.深基坑工程设计理论与工程应用.中国建筑工业.20105 徐至钧，王曙光，静.深基坑与边坡支护工程设计施工经验录.同济大学.20116 徐至钧，曾宪明，宪奎.深基坑支护新技术精选集.中国建筑工业.20127 马琳琳