（道路与铁道工程专业论文）盖挖顺作法地铁车站支撑系统研究.pdf

摘要 摘要 伴随着世界范围内的城市化进程 世界各国的城市交通量呈急骤增长态势 由此带来了交通阻塞 事故频发以及环境污染等一系列交通问题 制约了城市 发展 影响了人们正常的生活 轨道交通是缓解城市交通拥挤重要手段之一 地铁作为一种强有力的公共交通工具 已经成为各大城市交通发展客观规律的 必然产物 它具有运量大 速度快 安全可靠 准点舒适和对环境污染小等优 点 在繁华的闹市区修建地铁车站受到周边环境和路面交通限制较大 采用盖 挖法施工是一个有效的解决途径 本文结合某城市地铁二号线人民路站工程 对于盖挖顺作法地铁车站的支 撑系统进行了研究 首先确定临时路面系统上的荷载 进而对盖板和盖板梁进 行设计分析 探讨了多种形式的临时路面系统结构的计算方法 将盖挖顺作法 地铁车站的支撑系统分为以盖板梁和钢支撑组成的横向支撑系统和以地下连续 墙和立柱桩组成的竖向支撑系统 并分别对其进行了分析 给出了基于增量法 的盖挖顺作法地铁车站结构分析的计算模型 并对盖板梁兼作第一道支撑的效 果进行了研究 分析了围护结构和立柱桩差异沉降对于车站结构的影响 本文关于盖挖顺作法地铁车站支撑系统进行了较为系统的分析和总结 对于 类似工程施工有一定的借鉴作用 关键词 地铁 车站 盖挖顺作法 支撑系统 a b s t r a c t a b s t r a ct w i t ht h ew o r l d w i d ec i t i f y i n gc o u r s e t r a f f i cv o l u m eo fe v e r yc o u n t r yi s i n c r e a s i n gs h a r p l y w h i c hb r i n g sas e r i e so f p r o b l e m s s u c ha st a f f i ci a n 3 f r e q u e n t a c c i d e n t p o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n t t h e s ep r o b l e m sr e s t r i c tt h ed e v e l o p m e n to f t h e c i t y a n dd i s t u r bt h en o r m a ll i f eo fp e o p l e u r b a nr a i l t r a n s i ti so n eo ft h e e f f e c t i v em e a s u r e st os o l v et h ec o n f l i c to ft h ec i t yt r a f f i c a sap o w e r f u l p u b l i c v e h i c l e m e t r oi sc o n s e q u e n tp r o d u c to ft h ed e v e l o p m e n to fb i gc i t yt r a f f i c i t p o s s e s s e sa d v a n t a g eo fb i gl o a d f a s t s a f e o nt i m e c o m f o r t a b l ea n di e s s p o l l u t i o n h o w e v e r i tm i g h ti n f l u e n c et h ee n v i r o n m e n ta n do b s t r u c t 廿l e 屯r a 硒ct o b u i l dm e t r os t a t i o ni nt h eb u s ys t r e e t s a sar e s u l t t h ec o v e r e x c a v a t i o nm e t h o di s a d o p t e da sa ne f f e c t i v es o l u t i o n c o m b i n e dt h ep r o j e c to fr e n m i nr o a ds t a t i o no fm e t r ol i n e2i na c i t y t h i s p a p e ra n a l y z e dt h es u p p o r ts y s t e mo fm e t r os t a t i o nb u i l tb yc o v e r e x c a v a t i o nm e t h o d a st h el o a d so nt h et e m p o r a r yr o a ds y s t e ma s c e r t a i n e d t h ep a p e rd e s i g n e da n d a n a l y z e dt h ec o v e rp l a t ea n dc o v e rp l a t eb e a m p r o p o s e dc a l c u l a t em e t h o do fe a c h f o r mt e m p o r a r yr o a ds y s t e m t h es u p p o r ts y s t e mi s d i v i d e di n t ot w op a r t s t h e h o r i z o n t a ls u p p o r ts y s t e mc o n s i s t e db yc o v e rp l a t eb e a ma n ds t e e ls u p p o r t a n dt h e v e r t i c a ls u p p o r ts y s t e mc o n s i s t e db yu n d e r g r o u n dc o n t i n u o u sw a l la n dc o l u m np i l e a n dd i s c u s s e ds e p a r a t e l y p r o p o s e dt h ei n c r e m e n t a lc a l c u l a t em e t h o do f m e t r os t a t i o n b u i l tb yc o v e r e x c a v a t i o n r e s e a r c h e dt h es u p p o r te f f e c to ft h ec o v e rp l a t eb e a m t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ee f f e c tt os t r u c t u r ea r o u s e d b yd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to f u n d e r g r o u n dc o n t i n u o u sw a l la n dc o l u m np i l e t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e da n ds u m m a r i z e dt h es y s t e mo fm e t r os t a t i o n b u i l tb yc o v e r e x c a v a t i o nm e t h o d c o u l db eu s e df o rr e f e r e n c ei ns i m i l a r e n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o n k e yw o r d s m e t r o s u b w a ys t a t i o n c o v e r e x c a v a t i o nm e t h o d s u r p p o r ts y s t e m 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集 保存 使用学位论文的规定 同意如下各项内容 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版 并采用影印 缩印 扫描 数字化或其它手段保存论文 学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版 在不以赢利为目的的前 提下 学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动 学位论文作者签名 剖鑫 j 2 1 7 了年1 月9e l 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师指导下 进行 研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的 已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体 均己在文中以明确方式标明 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担 签名 割鑫 加口眵年1 月7 日 第l 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 自18 6 3 年世界上第一条地下铁道在伦敦建成开通 城市轨道交通的诞生和 发展已有1 4 5 年历史 但重视和大规模修建城市轨道交通系统则是在二次世界大 战结束以后 2 0 世纪下半叶以来 伴随着世界范围内的城市化进程 世界各国 的城市区域逐渐扩大 城市经济日益发展 城市人口也逐渐上升 由于流动人 口以及道路车辆的增加 城市交通量呈急骤增长态势 机动车辆增长尤快 城 市道路的相对有限性带来了交通阻塞 车速下降 事故频繁等一系列问题 行 车难 乘车难 不仅成为市民工作和生活的一个突出问题 而且制约着城市经 济的发展 另外 道路上汽车排放废气 噪声等环境污染问题 也愈来愈引起 人们的重视 在这样的背景下 世界各国纷纷开始采用立体化的快速轨道交通 来解决日益恶化的城市交通问题 大城市逐步形成了目前以地下铁道为主体 多种轨道交通类型并存的现代城市轨道交通新格局 l 地铁作为一种强有力的公共交通工具 已经成为各大城市交通发展客观规 律的必然产物 它具有运量大 速度快 安全可靠 准点舒适和对环境污染小 等优点 因此世界各国为了解决城市交通问题都对地铁建设寄予了厚望 地下铁道建设工期长 投资大 涉及面广 包含内容多 总结起来一般包 括土建施工和设备安装两部分 在土建施工中 为了克服复杂的地质情况 满 足多种多样的环境要求 各国地铁建设者结合本国的特点创造了多种多样的施 工方法 开发了许多崭新的施工机具和工艺 它们各具特色 给地铁施工带来 巨大的经济效益和技术进步 地铁建设的发展过程已经向人们证明 施工方法对 结构形式的确定和地铁土建工程的造价具有决定性的影响 这就要求确定出最 合理的施工方法 其施工方法的选择 主要受到结构周围工程地质和水文地质 条件 周围环境条件 地铁的功能要求 施工机具 施工工艺以及工程造价 工期要求等多种因素的制约 同时施工期间也会对地面交通和城市的正常生活 等产生直接的影响 目前我国地铁车站主要采用的施工方法有 明挖法 暗挖法和盖挖法 明 第1 章绪论 挖法为我国地铁车站的主要施工方式 其多为先施工围护体系 在开挖土方的 同时随挖随撑 开挖到底后施工底板 至下而上建造结构 采用明挖法施工具 有施工方便 造价较低等优点 但对周边环境影响较大 尤其施工周期长 若 全部敞开式开挖对于交通的干扰最大 在大城市中尤其上海大多采用施工分段 封堵墙和翻交的方式减小对于地面交通的干扰 暗挖法多在繁华商业区或无法 破路施工地段 施工中采用矿山法进行 边开挖边支护 暗挖法通常要求有良 好的围岩条件 若是在不良围岩条件的情况下要对地层进行注浆处理加以改良 该方法一般不适用于流砂地层和地下水充沛的场地 为控制地面变形 必须采 用小步长 强支护的工程措施 因此造价较高 施工技术复杂 工期较长 如 北京的天安门西站就是采用的洞桩结合的浅埋暗挖法施工的 与前两者比较 在城市繁华地段地铁施工中盖挖法优势明显 其先采用地下连续墙 钻孔桩等 形式作围护结构 然后修筑地下结构的项板或临时路面盖板 而后在顶板或临 时路面盖板的遮护下进行土方开挖和结构施工 由于其先恢复路面 因此其对 交通的阻断时间很短 同时与暗挖法比较 施工相对简便 造价较低 从而成 为中意的施工方法 2 j 1 2 盖挖法应用与研究现状 1 2 1 盖挖法的发展及应用现状 盖挖法最早在1 9 5 1 年用于多伦多地下铁道施工 2 0 世纪6 0 年代用于西班牙 马德里城市隧道 随后在很多城市的隧道建设中被采用 由于采用盖挖法来修 建比利时布鲁塞尔地铁米蒂车站 因此盖挖法也称 布鲁塞尔法 并曾用在意 大利米兰的地铁工程中 最早使用的盖挖法 是在支护基坑的工字钢桩上 架 设钢梁 铺设临时路面维持地面交通 在路面下施工的 盖挖顺作法 意大利米 兰地铁首次使用了 盖挖逆作法 其施工与前者相比 主要改进在于 l j 用连续 墙取代了工字钢桩 用结构顶板代替了临时路面系统和临时横撑 结构施作顺 序与传统相反 自上而下 国内的盖挖法是2 0 世纪8 0 年代中期 由哈尔滨人防系统创造性发展起来的 哈尔滨秋林街地下通道 奋斗路地下商业街都是盖挖法成功应用的范例 长春 延吉 石家庄等地也在8 0 年代末先后成功应用盖挖法修建了一大批地下防空工 程和地下商场 2 第1 章绪论 北京市市政总公司和北京市的设计单位合作 在9 0 年代初成功地应用盖挖 法修建了前f 7 4 号 7 号人行地下通道和地铁复 j k 线永安里等车站 把北京地 区盖挖法施工技术推进到了一个新阶段 9 0 年代中 后期 随着北京 上海 广州等市大规模地铁建设的兴起 适 于在闹市区浅地层中进行施工的盖挖法得到了大规模的应用 北京地铁复一八 线共有3 座车站采用了盖挖逆作法施工 天安门东站为第四纪土层中的三跨二柱 三层框架结构 车站主体结构长2 1 8 3 m 高1 5 3 5 m 宽2 2 2 m 项部覆土厚l 1 8m 采用了盖挖逆作法施工 永安里车站为三层框架结构 其主体长2 3 5 4 m 高1 5 3 0 m 宽2 0 3 0 m 顶部覆土厚0 6 1 0m 采用了以钻孔灌注桩作为围护结 构的盖挖逆作法施工 考虑到该地区交通流量过大 在顶板施工过程中 分两 次进行路面围挡 整个车站顶板分为两端和中段两次浇筑完成 大北窑车站则 是北京地区盖挖逆作法和地下连续墙防渗帷幕工法成功结合的实例 在该车站 的建设中 成功应用了地下连续墙防渗帷幕工法和十字桩基钢管混凝土柱等先 进技术 深圳地铁科学馆站位于深圳市深南中路行车道下方 长2 2 2 5m 宽约2 0 m 结构底板埋深约1 6 8 m 采用盖挖顺作法施工 城市地铁车站采用盖挖顺作法施 工在国外早是成熟的技术 但在我国尚属首7 欠 3 1 其主要围护结构为5 0 6 根人工 挖孔桩 临时路面采用2 0 m 跨度的6 4 式军用梁构成 深圳地铁华强路站主体为单柱双层双跨结构 车站全长2 2 4 3 m 标准断面 宽1 8 9 m 基坑深约1 8 9 m 西端盾构井处宽2 2 5 m 基坑深约1 8 7 m 主体结构 施工采用盖挖顺作法施工方案 临时路面系统采用六四式加强型军用梁及c 3 0 钢 筋混凝土预制盖板组成 广州地铁公园前站 长4 5 0 9 m 最大宽度约3 3 8 m 顶部覆土约2 m 该车站 采用了明挖 盖挖和半盖挖法等多种方法施工 上海地铁工程所处地层基本为饱和含水流塑或软塑粘土层 抗剪强度低 含水量高达4 0 以上 高压缩性 具有较大的流变性 地铁线路穿越市中心区 街道狭窄 最窄处仅有2 0 m 左右 大多与车站外宽接近 街道两旁建筑密集 街 道下方管道密布 多数车站靠近重要建筑和公用设施 特级环境保护要求使得 上述车站均采用地下连续墙为施工围护并为车站永久性侧墙的部分或全部 为 缩短重要路段对城市交通的干扰 淮海路 南京路路段上的车站成功地采用了 逆作法施工 例如地铁2 号线河南中路车站施工期间 应用了树根桩 地基托换 3 第1 章绪论 对撑温升应力调整等成套技术 并注意作到了根据时空效应 采用顺筑 逆作 结合的工法 合理组织 抽条施工 取得了在饱和软土地层中采用盖挖法成功 修建大型地铁车站的良好成果 上海市轨道交通徐家汇枢纽改造工程中采用盖 挖加层技术 作为传统盖挖法的延伸和拓展 利用既有地下室顶板作为天然盖 板进行盖挖加层的施工方法 有效地避免了城市中心区域施工中非常棘手的管 线搬迁和对地面交通影响等问题 同时兼具施工方便和安全性高的特点 南京地铁三山街站 新街口站 北京地铁5 号线张自忠路车站也采用了盖挖 法施i 2 l 1 2 2 盖挖法的研究现状 目前 软土基坑盖挖法施工中临时路面布设 开挖及支撑 围护结构与中 间立柱的差异沉降控制要点没有完善 成熟的经验 盖挖法施工的研究工作开 展得相当有限 目前对盖挖法下基坑工程性状的认识主要建立在对一些工程经 验的总结基础上 其理论分析尚不成熟 杨裂3 j 以深圳地铁科学馆站为背景 利用现场监测和数值计算方法 可以了 解盖挖顺作法工程中围岩在施工过程中的应力动态和支护结构的工作状态 为 施工组织提供了决策依据 完善了设计 同时 可以对支护结构的最终变形作 出预测 起到了预警作用 实现了动态设计及信息化施工 甘百先 4 阐述和比较了地铁车站采用盖挖顺作 盖挖逆作和暗挖法的技术特 点 阐明了深圳地铁科学馆站采用盖挖顺作法施工的关键技术 并对临时路面 系统的优化结构进行了力学分析 孔令荣 5 以沈阳市地铁中街站为背景 从施工进度 工期 对地面交通影响 等方面 综合比较各种施工方法 对采用逆作法施工做了初步的可行性分析并 确定合理的主体围护结构 并采用有限元软件a n s y s 对地铁中街站逆作法施工 开挖过程进行了数值模拟 北京市市政工程研究院的萧岩1 2 等以国内盖挖法工程实例 分析了盖挖顺 筑 盖挖逆筑 盖挖半逆筑的工艺特点 同时总结归纳了北京地区盖挖法施工 应注意的技术问题 李铁生 6 采用全过程分析方法模拟盖挖逆作地铁车站结构在建造期和使用 期等各阶段不同的受力状况 还对地基土的竖向基床系数和切向基床系数的取 4 第1 章绪论 值方法进行了探讨 并提出了后者的简化确定方法 王元湘 1 总结了我国当时业已建成的7 座盖挖法车站的设计经验 提出了以 下计算要点 1 采用平面杆系有限元模型 2 用温克假定反映地层与结构相互 作用 3 将结构受力过程划分为若干个相对独立的过程进行计算 4 用叠加法 反映结构受力的连续性 1 3 深基坑支护系统发展及研究现状 对于盖挖法施工的地铁车站来说 其本身是一个在盖板遮护下的深基坑问 题 基坑的支护系统 是确保整个基坑工程施工安全的重要组成部分 1 3 1 支护系统的发展 深基坑的支护系统 刀由两部分组成 一是围护壁 二是坑内的支撑结构部分 1 基坑围护结构的类型 根据不同的地质情况 环境要求 工程功能 当地的常用的工艺设备以及 经济技术条件而产生了不同的围护形式 现行的基坑围护形式可分为以下六类 如图1 1 所示 围 护 结 构 板 钢板桩 钢管桩 钢筋混凝土板桩 主桩横档板 地下连续墙 雾麓霁釜 望僦半逆作法 自立式水泥土挡墙 鋈主曩鬈襄嚣 组合式 黼拌桩结合 沉井 沉箱 法 图1 1 基坑围护结构类型 5 第1 章绪论 板柱式围护结构是早期使用最为广泛的一种围护方式 尤其是钢板桩 使 用之后还可以回收 较为经济 但采用钢板桩围护的基坑开挖深度受到限制 另外施工噪音较大 于是以柱立式的结构代之 从结构受力和配筋的合理性方 面出发 连续墙较柱立式结构又向前发展了一步 上述三种方式 在大多数情 况下 均需要采取内支撑 以限定围护结构的横向位移 对于长条形基坑 实 施对撑比较方便 但对于面积较大的基坑 内支撑的施加难度较大 或者对其 它工序影响较大 所以自立式围护结构便应运而生 在自立式结构中较为典型 的是水泥搅拌桩 如果建筑红线许可 还可以结合土锚法 以控制自立式挡土 结构的水平位移 施加土锚以后 便使单一的自立式结构发展成为组合式 或称 复合式1 结构 复合式围护结构是将两种以上的围护结构方法采取优势互补的办法形成整 体的综合围护体 如s m w 工法是将型钢和水泥搅拌桩复合成一体 充分利用了 型钢的刚度和水泥土的隔水效果和整体性好的特点 灌注桩与搅拌桩相结合形 成的复合式结构基于以下考虑 1 我国现阶段灌注桩施工的总体费用低于连续 墙 2 灌注桩具有良好的抗弯性能和较大的刚度 3 搅拌桩的隔水效果和整体 性好 国内外绝大部分地铁车站均采用明挖法施工 车站埋深往往在l o 一2 0 m 车 站的围护结构形式往往与地基情况与周边环境情况等密切相关 在上海地区已 建的地铁一号线车站及地铁二号线大部分地下车站都采用地下连续墙作为地铁 深基坑的挡土结构 支撑系统采用内钢支撑系统 并且 在地铁车站的建设中 对深基坑的施工 设计 及监测已有一套相对成熟的经验 尽管地下连续墙从受力角度来说较为合理 但是 由于在施工中需要大型 的机具和专门的泥浆循环系统 总体造价较高 另外 现在地铁结合开发的趋 势越来越明显 基坑已不再是狭长型 地下一层及一层半车站已越来越显示出 其优越性 这样基坑的深度往往在1 5 m l 为 仍采用地下连续墙作挡土结构会更加 不经济 结合开发以后的车站基坑将变大 形状趋于不规则 钢支撑对撑的优 越性也已消失 而钻孔灌注桩和水泥土搅拌桩组成的复合型深基坑挡土结构可 满足该深度基坑的要求 同时 组合型混凝土 钢 钢筋混凝土混合型 支撑因便 于挖土 支撑量少 显示出其在该类基坑支撑中的优越性 上海地铁二号线龙 东路站就采用了钻孔灌注桩和水泥土搅拌桩组成的复合型深基坑挡土结构及钢 筋混凝土围囹支撑 但这类支撑受力较钢支撑对撑复杂 6 第1 章绪论 2 支撑类型 为施工需要而构筑的深基坑各类支撑拉结系统 既要轻巧又需具有足够的 强度 刚度和稳定性 以保证施工的安全 经济和方便 因此支撑拉结结构的 设计是目前施工方案技术设计的一项十分重要的内容 支撑类型如下 自立式 悬臂桩 墙 锚拉支护 锚拉梁 桩 土层锚杆 钢管 型钢支撑 水平撑 斜撑 钢管 型钢 钢筋砼 环梁支护体系 逆作法施工 图1 2 支撑类型 自立式 悬臂 基坑支护是单纯借助挡土墙 灌注桩 钢板桩 h 型钢桩等自 身刚度及埋深来承受土压力 水压力及上部荷载以求得平衡与稳定 不需支撑 拉锚 锚杆的支护结构 适用于较浅基坑 优点是挖土方便 锚拉式支护式在 桩 墙顶部向桩后一定距离拉锚梁或锚桩 以确保基坑支护安全 需要一定的 场地但造价较低 土层锚杆是一种新型受拉杆件 它的一端与工程结构物或挡 土桩 墙联结 另一端锚固在地基的土层中 以承受结构物或挡土桩 墙承受 的侧压力 它利用了地层的锚固力维持桩 墙的稳定 适用于粘土 砂土地区 不适用于软土 淤泥质土地区 斜撑是支撑的另一种方法 它用于筑岛开挖法 中从业已完工的构筑物基础上 斜向加设撑杆的方法 支撑材料较少 施工简 便 可与水平支撑方法合用 逆作法施工是从地上往地下逐层支撑挖土施工 8 它利用预先筑好的地下连续墙 从上往下逆作 同时还可往上施工 可充分利 用时间 空间 缩短工期 利用地下室的梁板作为挡土墙的支撑 可不作内支 撑或锚杆拉结 支撑按其材料可以分为钢管支撑 型钢支撑 钢筋混凝土支撑 钢和钢筋 混凝土的组合支撑等种类 按其受力形式可以分成单跨压杆式支撑 多跨压杆 式支撑 双向多跨压杆式支撑 水平桁架式支撑 水平框架式支撑 大直径环 梁及边桁架相结合的支撑 斜撑等类型 这些支撑系统在实践中都有各自的特 7 第1 章绪论 点和不足之处 以其材料种类分析 钢支撑便于安装和拆除 材料的能耗小 可以施加预紧力以合理的控制基坑变形 钢支撑的架设速度较快 有利于缩短 工期 但是钢支撑系统的整体刚度较弱 由于要在两个方向上施加预紧力 所 以纵横杆件之间的连接始终处于铰接状态 形不成整体刚接 钢筋混凝土支撑 结构整体刚度好 变形小 安全可靠 但施工制作时间长于钢支撑 拆除工作 比较繁重 材料的回收利用率低 钢筋混凝土支撑因其现场浇筑的可行性和高 可靠度而在目前国内较广泛地被采用 但就支撑结构的发展方向而言还是应该 推广使用钢支撑 努力实现钢支撑的标准化 工具化 建立钢支撑制作 安装 维修一体化的施工技术力量 提高支撑结构的施工水平 1 3 2 支护系统的研究现状 最早提出分析方法的是t e r z a g l l i 9 和p e c k 等人 他们早在4 0 年代就提出了预 估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法 这一理论原理一直沿用至今 只 不过有了许多改进与修正 5 0 年代 b i e m 蛐和e i d e 给出了分析深基坑底板隆起 的方法 6 0 年代开始在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑中使用了仪器进行监测 此后的大量实测资料提高了预测的准确性 并从7 0 年代起 产生了相应的指导 开挖的法规 从8 0 年代初开始我国逐渐涉入深基坑设计与施工领域 在深圳地 区的第一个深基坑支护工程率先应用了信息施工法 大大节省了工程造价 进 入9 0 年代后为了总结我国深基坑支护设计与施工经验 开始着手编制深基坑支 护设计与施工的有关法规 1 0 1 目前人们发展了几种基坑的设计理论 如平衡法 二分之一法 弹性法 山肩邦南法等 1 1 这些都是以传统的静力平衡为依据 进行结构的内力分析 但 不能准确计算结构变形 不能考虑结构与土的相互作用 随着计算机技术的发 展 特别是以弹性抗力为基础的梁杆系有限元发展 解决了上述矛盾 该方法 已经被有关基坑技术规范推荐为基坑支护结构设计计算方法 朱钢 1 2 1 9 9 7 将平面杆系有限元方法应用于深基坑各施工阶段支护桩的 内力和位移分析 使分析结果接近于实际 可用来合理地设计支护桩 有效预 测深基坑开挖对周边环境的影响 赵永伦 l3 1 9 9 9 根据大量现场资料的历史分析 对常用弹性杆系有限元 法中的两个重要参数 主动区土压力与被动区土体水平抗力系数进行了修 8 第1 章绪论 正 可以方便地考虑施工因素 开挖时间与开挖空间 对支护结构内力与变形 的影响 计算结果可靠 赵寿钢 2 0 0 5 通过对弹性地基杆系有限元的进一步研究 编制了相应的 计算程序 进行了实例验证与对比分析 研究表明 弹性地基杆系有限元法是 深基坑内力与变形计算的一种实用而有效的方法 陈晓平 1 4 2 0 0 1 根据深基坑支护系统中支护桩 支撑一土的共同作用特征建 立了三维杆系有限元分析模型 该模型不仅能够描述支护结构的空间效应和角 效应 而且可以通过计算直接给出设计所需的信息 实例分析结果验证了模型 的适用性和有效性 宋博 l5 2 0 0 4 提出了利用考虑地基土水平基床系数修正的杆系有限元法 进行加固后深基坑变形计算 针对一典型地层的1 5 m 挖深的基坑 计算和分析了 不同加固方案和施工参数下加固效果和加固费用 张强勇 1 6 2 0 0 5 根据w i n k l e r 弹性地基梁的计算原理和方法 编制了弹性 杆系有限元计算程序 对深圳市民广场深大基坑桩锚支护结构进行了设计计算 获得了支护桩桩身位移和弯矩随开挖过程的分布变化规律 王元湘 l7 j 1 9 9 8 沿车站纵向截取单位墙宽 按侧向地基上的杆系有限元 法计算 用压缩刚度等效的土体弹簧 模拟地层对墙体变形的约束作用 把墙 体视为支承在开挖面一侧地层和支撑上的弹性梁 支撑为弹性体 墙背作用的 土压力为定值 一般取主动土压力或实测统计值 魏怀鹏 l8 2 0 0 6 用求矩阵特征值的方法 推导基于连续介质模型的离散 元方法中三维有限元刚度矩阵转化为离散元弹簧刚度的解析表达式 给出了不 同条件下离散元弹簧的取法 且基于连续介质模型的离散元方法模型能模拟链 网模型和g u s e v 模型都不能模拟边界单元 证明基于连续介质模型的离散元方法 模型更具普遍性 1 4 本文的主要研究内容 现阶段 盖挖法施工方法在国内应用还比较少 尤其很少采用可拆卸的临 时路面系统 对其设计方法研究也非常有限 盖挖法地铁车站的支撑系统 是 确保整个基坑工程施工安全的重要组成部分 在盖挖法地铁车站中 临时路面 系统的存在 使得整个基坑工程性状较其他施工法有较大不同 盖挖法施工中 开挖及支撑 中间立柱与围护结构的差异沉降 临时路面系统等关键技术与控 9 量 第1 章绪论 制要点没有成熟经验 这些都给地下工程理论研究提出了新的课题 本文结合某城市地铁二号线人民路站工程 研究内容主要有 1 在确定盖板上车辆荷载和盖板梁上荷载后 对盖挖顺作法地铁车站的临 时路面系统的进行设计 提出人民路站施工的交通疏解方案 2 研究盖挖顺作法地铁车站的计算分析方法 探讨横向支撑设置问题 3 分析盖板梁作为第一道支撑的可行性和支撑效果 考虑盖板梁作为压弯 构件 实际应用中其刚度需要进行折减 并分析刚度折减后的盖板梁的支撑效 果 4 对盖挖顺作法地铁车站的竖向支撑系统进行研究 分析围护结构与立柱 的竖向差异沉降对结构内力的影响 提出盖挖顺作法地铁车站差异沉降的控制 标准 1 0 葵刊 蜒 舡 遒 震繇 刊 器 塑 鲻 堪 扭赠 爨 仁工 轴 丰 幂扭 延 辑 暴 辑髑口 幂 扭仆晨 j 撑 p n 掣 罟 口 臣 l 一槲 辍 哥 mr 峥 蝗 糍 皤 掣 口 轴 g 趟 h r 斗 燃 寻 善撂器悼 科 j 蜒 醐 一年 韬 精 铡蜷 j 佰 苎葵 2 倒涎p k 置理 幡e 蓉甾惫十姆堪眯 璃避 捌 窿术 1 掣霉趟辑 l j 咪钶菌 斗 h 掣暴垂 担 辍 星昌 赵h 嗵 乜 罂 齿 o 磐 l n 辎量一 螂 墨晶善状 型避娄避 蓁量董蓁 刍似苎似 茅扭蓼舡 藻幂 辖器 冬量 匝g 霉鼍苫量 似蓉星更惑蹲童丧 到8若8霜掣g8 捌 b 一r j 暮暮e e匝意昌e 樽 鞘 翟 墨 媒 暑揶 皿 螬 塞彗 g n o 避 颦 量辱 口 丰 似 搔 嚣星 掣 j 匠 燃避 埏謇 卜p 耀 搭 是似 鬲 l j 赵 担扭 据廿 霎 王幂 佰摒 埋莜 求l 缸 好 墨蚕薹 瓠 霸 哥昌 匣哩更 嗣8 擎e l 餐舆 叫 上赛如 oo 0 0 榭舞e 若ee 髫 煺妪学舞 辎7 藩赠 l 一 懈彝晷剽 羔孽 萋 廿 餐 m出壬证 堑釜 掣塞逶基 怔姆蚓 隧汝蹭 趟长 蜷 量峰 峰趋翌姿星廿姘 世 刊 一刊 倒 蠢藿 黉刊芝餐斟怔 萼 懿隧球了 礁尜喽 随毯实 封墨 嗣畜手 t 量 仨暮蘸粱 驾 一惫酬 若音仨 薛 制嫣 刊餐一暑g 嫡蜷 增 野 斗 甭 疽萎峰昶嗵莲稍 磊蔷蚓 2 赚口餐篇 礤 鬃寒 苣习k l副 蜷 度 樱餐略也巾钗 兰矧 u 麒艇景测 k 采 长掣 4 葺 会h 1 螺 谜 掣 舞 芒捌 礁钛最制q 舞 1l庭弈 采番牛衷 牮俐区捌 l 峰鄙 廿星 鲻裂匦智蜓星 弓 辑蚓若酱舞媸 舞舞 二 h 一铡抖秣葵毯 求二 越留皤燧 琵求 皤划 皆一剽啮 雅层爿 斟 框 h 箍豁捌嫂1 上囡遥卜 牮嫣一 厶二 孑恒斟坷 嘣 毯 l n o 岔m 岔 q 鬓 寸oo口u 1 一 一 呐 一 i 一 柬 i 籁 n mnn 嗵 訇 舞 粤 簧舞舞 若 出 硭棰柱 酬 亡 菽誓 讪 妪 慕誊 誊誊 婶 帆 碱莩 弓莩 f噩p r 愈弗 弗水举 1 1 举藻举斟骚 二 i军谣1 墨1 j仁 蚕 蚕 舞厶 uu 证 逃隧11 暴冰匪毯智妊卷嗣燃辍媚墨皿 i i 僻 袋姆褂 括 幂g 垲 垲 器器副长 姐 蜒 蜷 副剥 叫翁 器 疼 r r 辑 辑 嫂 j p n zz 最圣瑟 矬 据 科 鼗媾 掣 赇嗽 翅 谰璃 口口 j g 纠 丰 f 忡 掣掣尝叵磐摇 g o 她拙拙 列副 i n 0 0 臣 器幂掣毯 e 岬 g 昌骞 g 王雪 鲁皇g g 掣毒岔 aa 糕e ooo 心口 口 eeee 捌测测测 垂卿 靶 寸寸寸寸 蚕垂 似 捌卿咖卿 旧 魁魁魁魁 蜷 霉篓 良 舆襄舆磐 寝 端端麟邶 姆 划划划划毒艇 1 ll l乙 c 辑 匝 舞舞舞 舞 状磐 王靶 口口 蛋 霉暮 米似眯眯咪酶寝 霜曾霸泌霸颦霜避霸好避 似磐似似似似似似匝星似 划她划啦 捌扭 划扭若鄙啦 蕃幂蕃器暮器暮幂 鑫幂 妪参 h汝 若窿螺 1 霹 剖会i 襄葺4 会k证 忸 最整 昌日 1 萎鑫 耀餐刊凶 爿g 舞爿 橱 峰侄 星掣惩罢 抖 集释辎 擞 脚扑 帛 书拭 襄疆 寸岜 楚薅 疆掣随帮 毒 嚣蜓i x n1 1 1 驾 r 爿竖 旨 嗵疆 星删 r 星 要 匮竺蜂 螓 鞭n 爿 辩 磐塥艮 舞 惺嫩熟制文惺粹 霎耍寸坪 鬟q划巡娶酃辫惑霹躲妇 毯 框 g 投菪n 出 妥掣舞 酶苌印h丑毯巡球 上婪匠随磐卜掣碟雕辎状稚 舞h暴嫡薛 舞烈h 卜刊世蕈雾 创 粪 i nnn n 寸寸 v hh 一 i 一 柬 籁 nnnnn 嗵 舞 藿誊 舞 翻 謦按 廿 硭挺 汝格 啬若咿若 2n篚 长弗蒜 酶 蟋 襁举 竖舞彩 穑弗捌舞 咂嫩嫩嫩嫩蝉 嗣 uuu 匿林旺住若 举舞燃辍框k皿 端v i i 摧 留好褂 妹 第2 章某城市地铁二号线人民路站工程概况 第2 章某城市地铁二号线人民路站工程概况 2 1 车站概况 人民路站为地铁2 号线中间站 车站位于体育路和人民路之间 新世纪广场 前 沿市心南路 南北向 布置于道路下方 车站中心里程为k 2 6 0 9 0 为地下 二层岛式车站 平面布置图如图2 1 所示 图2 1 人民路站平面图 人民路站地处繁华的萧山老城区中心区 周边建筑物众多 车站东北侧有 新世纪广场 萧山青少年宫等 车站东南侧有萧山电影院 城厢幼儿院 中港 大厦 房地产大厦 经贸大厦 华通大厦等 西北角是开元萧山宾馆 萧山宾 馆 朝晖初中 永兴公园 西南角为东方宾馆 萧山区农场管理局 城厢物价 管理所 车站所处为繁华的萧山老城区中心区 地面人流流量大 尤其在人民路 市心南路口 车流 人流密集 人流纵向 横向穿越多 对机动车干扰大 交 通情况复杂 行人的过街需求高 1 3 第2 章某城市地铁二号线人民路站t 程概况 人民路站为地下二层岛式站台 单柱双跨结构 本站站区范围线路呈北高 南低走向 两端高差为0 3 2 8 m 车站顶板覆土厚度约为2 9 4 m 计算站台中心处 轨面标高为 7 31 m 绝对标高 底板底面埋深为15 4 7 r n 车站外包长度为16 6 6 m 标准段外包宽度为1 9 3 m 车站总净长1 6 4 m 标准净宽1 7 3 m 2 2 地质概况 2 2 1 概述 某城市位于杭嘉湖平原与浙西山区交会处的浙北地区 钱塘江下游 京杭 运河南端 地理位置为北纬3 0 1 57 东经1 2 0 1 07 地处亚热带北缘 属亚 热带季风气候 年平均气温1 6 6 多年平均降雨量1 3 9 9 m m 每年有两个雨季 4 6 月份为梅雨季节 7 9 月份为台风雨季节 根据勘察报告 二号线一期沿线地质构造和地层依据工程地质特性可分为 两种形态 一种为钱江路站至杭发厂站南及西蜀山以南属钱塘江河口相冲海积堆积的 粉性土及砂性土地区 由于堆积年代及固结条件不同 性质不一 竖向由松散 至中密状态变化 厚度一般在2 0 m 左右 其下为海陆交互相沉积的淤泥质软土及 粘性土 地面下深约4 0 m 以下见古钱塘江河床堆积的圆砾层 中密 密实状态 底部基岩埋深一般在地面下5 5 6 3 m 左右 蜀山车辆段部分有西蜀山出露 基岩 埋深较浅 二为杭发厂站南至西蜀山为海陆交互相沉积平原 地层软硬交替 一般上 部2 0 m 左右均以软粘土为主 上部为淤泥质软土 粘性土 下卧为基岩 2 2 2 工程地质情况与评价 本工程位于位于体育路和人民路之间 新世纪广场前 沿市心中路 南北 向 布置于道路下方 场地相当拥挤 场地类别为i i i 类 场地范围内地层属海 陆交互相沉积平原 地层软硬交替 属于第二种地质形态 由于堆积年代及固 结条件不同 性质不一 取车站范围i 内z 6 1 钻孔代表 与本工程有关的地层自上 而下依次为 1 4 第2 章某城市地铁二号线人民路站工程概况 1 1 杂填土 杂色 层厚3 3 m 湿 松散 一般由建筑垃圾及生活垃 圾等组成 直径一般在2 4 c r n 局部含大块石 房屋老基础 地下沟管道等 2 2 素填土 灰色 灰黄色 层厚1 3 m 湿 松散 一般以粉性土为 主 含有机质 少量碎石及建筑垃圾 沿线大部分布 3 l 粉质粘土 灰 灰黄色 层厚1 9 m 湿 软塑 含氧化铁质及有 机质 俗称 硬壳层 无摇振反应 切面光滑 干强度中等 韧性中等 主 要分布于蜀山车辆段 局部底部分布有薄层粉土及少量粉砂 4 2 粘质粉土 灰色 层厚3 4 m 松散 含少量云母碎屑及有机质 摇振反应中等 切面无光泽反应 干强度较低 韧性较低 局部分布于海陆交 互相沉积平原区 5 1 淤泥质粘土 灰色 层厚7 3 m 饱和 流塑 含有机质 夹薄层 粉土 无摇振反应 切面较光滑 干强度中等 韧性中等 局部分布于北塘河 以南 6 2 淤泥质粉质粘土 灰色 层厚6 2 m 饱和 流塑 含有机质 局 部夹淤泥或粉土 无摇振反应 切面较光滑 干强度中等 韧性中等 全线大 部分布 7 2 淤泥质粘土 灰色 层厚5 3 m 饱和 流塑 含有机质 高灵敏 度 底部有时见牡蛎化石 无摇振反应 切面光滑 干强度中等 韧性中等 沿线大部分布 8 2 粘土 黄褐夹青灰色 层厚7 1 m 可塑 含氧化铁质 夹极薄层 粉土 局为粉质粘土 摇振反应无 切面光滑 干强度高 韧性高 9 2 粉质粘土夹粉砂 褐灰色 层厚1 3 m 流塑 软塑 含有机腐蚀 质 夹粉细砂 含少量贝壳碎屑 摇振反应无 切面较光滑 韧性高 干强度 高 沿线大部分布 1 0 1 粉质粘土 杂色 呈褐黄色 灰黄色 灰绿色等 层厚1 3 6 m 可塑 夹粉细砂薄层少量无摇振反应 切面较光滑 干强度高 韧性中等 1 1 l 粉质粘土 灰褐色 层厚3 5 m 软塑 含少量有机腐蚀质 夹少 量粉土薄层 无摇振反应 切面光滑 干强度中等 韧性中等 1 5 第2 章某城市地铁二号线人民路站t 程概况 各土层物理力学参数见表2 1 表2 1 土层物理力学性质指标 固结快剪 地层 含水量孔隙比重度液限塑限 压缩双桥静探 内摩擦角粘聚力 模量 侧阻力 编号 wey w l w e由 c e s q 北 k n m 3 度 k p a m p a k p a t 4 0 5 0 z 2 33 0 4 0 t 3 2 30 8 9 21 9 o3 3 02 0 42 2 81 9 26 43 5 4 5 3 7 31 0 2 61 8 3 2 7 2 1 2 21 5 2 5 4 8 0 1 3 3 1 4 8 03 8 2 2 2 31 5 1 1 3 3 3 11 0 1 5 4 2 61 2 3 11 7 53 3 42 0 51 6 11 2 33 11 0 1 5 4 2 81 2 0 41 7 63 2 12 0 31 5 91 3 63 51 0 1 5 z 3 0 5o 8 5 31 9 23 6 32 0 o1 6 83 3 o6 69 0 1 0 0 z 3 5 31 0 3 21 8 13 2 92 0 42 1 51 8 6 5 4 3 5 4 5 2 6 oo 7 2 51 9 93 3 21 9 o1 9 o4 1 98 31 3 0 1 4 0 2 9 1o 8 4 51 9 o2 6 81 7 12 1 82 3 7 5 84 0 4 5 2 2 3 水文地质情况与评价 1 潜水 沿线场区浅部地下水属松散岩类孔隙潜水 主要赋存于上部填土层及粉土 砂土层中 补给来源主要为大气降水及地表水 如新塘河 其静止水位一般在 0 1 3 4 m 并随季节性变化 主要接受大气降水和地表水体的补给 并以排泄 到地表 如新塘河 钱塘江 水体为主要排泄方式 沿线场地潜水地下水对混凝土结构一般无腐蚀性 在干湿交替环境下对钢 筋混凝土结构中钢筋一般具弱腐蚀性 在长期浸水环境下对钢筋混凝土结构中 1 6 第2 章某城市地铁二号线人民路站工程概况 钢筋不具腐蚀性 对钢结构一般具弱腐蚀性 2 承压水 松散岩类孔隙承压水主要分布于深部的 1 乃4 1 4 2 圆砾层中 上部的 层 层 层粘性土是相对隔水层 构成含水层的承压顶板 承压水受侧向迳流 补给 富水性好 具有明显的埋藏深 污水少 水量大 流速极慢 咸 微咸 的特点 根据 杭州 临浦幅l 5 0 0 0 0 水文地质 工程地质 环境地质区域调查报 告 1 9 8 7 年 单井开采量1 0 0 0 3 0 0 0 m 3 d 水位标高 5 4 m 4 5 m 随季节 变化不明显 2 3 车站周围环境及基坑安全等级 人民路站为地下二层岛式车站 车站位于市心南路和人民路交叉口 新世 纪广场前 沿市心南路方向布置于道路下方 车站标准段基坑深度1 5 6 7 5 m 端 头井深1 7 2 8 m 根据现场踏勘 明确本站位工程现状主要特点如下 1 市心南路和人民路同为萧山区城市主干道 道路宽度仅为1 2 m 交通不 可中断 2 车站附近有萧山电影院 中港大厦等建筑物 较为密集 表2 2 基坑周边1 倍开挖深度范围内建筑物状况 建筑物建 构 筑物种类层高 结构形式离基坑最近距离 新世纪广场裙楼商业建筑砼4 层离基坑最近8 5 m 萧山开元宾馆商业建筑砼1 8 层离基坑最近1 6 m 东方宾馆商业建筑砼6 层离基坑最近3 m 农场局管理用房办公楼砖混4 层离基坑最近3 m 萧山电影院文化娱乐设施砖混4 层离基坑最近1 4 m 房地产大厦办公楼砼1 5 层离基坑最近4 m 中港人厦办公楼砼8 层离基坑最近5 m 1 7 第2 章某城市地铁二号线人民路站t 程概况 图2 2道路与建筑物现状 局部 3 两条道路下方布设有众多的地下管线 管线改迁非常困难 尤其缺乏临 时改迁场地 表2 3 沿市心南路走向管线 平行车站 管线自西向东排序 情况 管线种类管径 m m 规格 数量埋深 m 离基坑最近距离 m 通讯2 0 0 x 2 0 0 铜 1 0 基坑外西侧1 m 给水d n 6 0 0 铸铁 1 6基坑外西侧2 m 路灯 巾8 0 铜 20 3基坑内 给水d n l 2 0 0 铸铁 2 2 基坑内 给水d n 6 0 0 铸铁 1 6 基坑内 通讯2 0 0 x 2 0 0 铜 1 0 基坑内 通讯2 0 0 x 2 0 0 铜 1 0 基坑内 电力4 0 0 x 4 0 0 铜1 5 基坑外东侧约4 m 给水d n 6 0 0 铸铁 1 6 基坑外东侧4 m 表2 4沿人民路走向管线 相交车站 管线自北向南排序 情况 管线种类管径 m m 规格 数量埋深 m 与车站相交位置 m 通讯2 0 0 x 2 0 0 铜 1 2 电力4 0 0 x 4 0 0 铜 1 5 在车站中心里程偏 给水d n 4 0 0 铸铁1 4 北处横穿车站基坑 电力 4 0 0 x 4 0 0 铜 1 2 给水d n l