大型超深基坑工程计算理论与实践研究——上海外环隧道浦西基坑工程

1、大型超深基坑工程计算理论与实践研究上海赵锡鸿1、贝利1、李侃2、杨国祥2 (1)外环隧道工程浦西特大深基坑工程理论与实践研究。同济大学，上海200092；2.上海隧道工程有限公司(上海200032)上海外环隧道浦西：基坑工程是一个不同深度和宽度的43 m的露天基坑，利用美国的super-star空间非线性软件、sap空间线性软件和北京的李政空间线性软件对原设计结构进行了初步对比计算，并利用super-star软件确定了跟踪计算。根据实际工况，提前两周给出计算结果，以指导施工。实践表明，计算结果与实测结果吻合较好，表明理论合理可行，跟踪方法也是有效的。关键词：基坑工程；大型超深；跟踪；分类编号：

2、tu 473文件识别码：a文章编号：1000-4548(2003)05-0258-06作者简介：赵锡鸿(1929-)，男，教授，博士生导师。自20世纪70年代以来，他长期从事高层建筑与基础(包括基础模型)相互作用的研究。自20世纪90年代以来，他还研究了深基坑工程、损伤土力学和剪切带。赵喜红1人，贝利1人，李侃2人，杨国祥2人(1。同济大学，上海200092；2.上海隧道工程有限公司上海200032)摘要：上海外环隧道工程浦西深基坑工程是一个深30m、宽43m的明挖2型基坑工程。首先对superstar 2软件(中国)、sap软件(美国)和li2zheng软件(中国)的计算结果进行比较，然后采

3、用superstar 2软件对施工的不同阶段进行跟踪计算，以便提前两周得出结果，指导施工。工程实践表明，计算结果与实测结果吻合较好，super2star软件合理可行，本文提出的trace 2计算机方法也是有效的。关键词：开挖工程；特别大的痕迹；super2star软件0指出，深基坑工程是一项高风险的系统工程，不仅涉及土力学的强度和稳定性，还涉及变形等问题，以及土与围护结构的相互作用。随着土力学理论、计算技术、测试仪器、施工机械和施工技术的进步，对这些问题的认识和对策研究将逐步提高。近10年来，随着高层建筑的发展，许多深基坑工程相继建成，其中一些是优秀而新颖的，如上海浦东金茂大厦、浦西恒隆广场等

4、。岩土工程师积累了丰富的经验，吸取了许多宝贵的教训。目前，基坑设计理论和相应的软件有两种：平面和空间，每一种都可以分为线性和非线性。在国外，有美国和英国著名的软件：sap和crisp中国有很多种软件，其中大部分是平面软件和空间软件。1999年，作者提出了基坑围护结构非线性空间设计计算的理论和方法，并开发了相应的super-star软件，获得了国际领先水平的评价和国家版权局的软件版权(编号：0004594)。利用该软件，对恒隆广场(平面约25000 m2，深度约18.2 m)、广州海珠广场地铁站(145。5米长，21。标准截面宽度为1米，39。盾构井宽1米，基坑深度26。上海黄浦江人行隧道浦东和

5、浦西工作井(深度分别为21米和24米)、上海世界金融中心101层拟建基坑工程(深度近20米)、扬州润扬大桥深基坑工程(长约40米，深约40米)等。计算结果令人满意。然而，上述深基坑都是封闭的。本工程浦西埋地段深基坑是上海外环隧道工程的三个重要组成部分之一，深30 m，宽43 m以往工程中常见的明挖基坑多为长地铁隧道基坑，宽、深约20 m，根据平面问题完全可以满足要求。相比之下，本工程埋地段的深基坑可称为超宽超深露天基坑；此外，基坑两侧格构式地下连续墙防护结构与深基坑的相互作用、河道开挖的影响、基坑东侧采用钢管桩挡墙作为临时封闭措施等。基坑可以称为开放式超宽超深复杂基坑，必须根据空间问题进行分析

6、和研究。因此，针对这一课题，开展理论和实践研究，确保项目的顺利实施是非常必要的。在此基础上，总结了经验，可供2003年5月中国岩土工程杂志及2003年以后类似工程参考。1.上海外环隧道工程是上海外环北环线中连接浦东和浦西的重要节点，也是外环的咽喉工程。该项目位于吴淞公园附近，距吴淞河口约2公里。这是上海第一条采用沉管法修建的双向八车道水下道路交通隧道。工程总长度为2870.13米，其中浦西埋地段为469米，共分为17个施工段(px11px27)，设一个地面风塔。图1为浦西埋地段平面布置图。浦西地下部分均为五跨钢筋混凝土箱形结构，需要进行大规模的深基坑开挖。坑底标高西起4%，连接吴淞邮电站和外环

7、路同济路立交。基坑围护结构采用地下连续墙，根据埋深设置46个支撑，其中上部为钢筋混凝土支撑，下部为钢支撑，坑底采用旋喷桩加固。本项目的主要研究对象是与河流中段e1管段相连的px26 px27管段。地下连续墙厚度为1。2米，深度为4446米，用作围护结构。在结构的顶板上有4个钢筋混凝土支撑和一个夹层板，在顶板和底板之间有一个钢支撑。采用钢管桩挡护河面，如图2 (a)所示。施工时，坑内进行大直径井点降水，降低px23px27层承压水位。开挖采用阶梯式纵向放坡方式，严格控制地面沉降和围护结构变形。图1浦西埋地段基坑总平面图。图1开挖平面图。此外，为确保河道开挖时码头壁的安全，设置了浦西护岸结构，该结

8、构由岸边格构式地下连续墙、结构内旋喷桩加固和重力旋喷桩组成(见图2(b)。2初步计算首先，根据本工程浦西埋地段px26px27和枫泾段深基坑支护结构，采用了线性平面、线性空间、非线性空间等多种方法，创造性地运用了952中的“巨星”、“李政”和赵锡鸿3号。大型超深基坑工程计算理论与实践研究：上海外环隧道浦西基坑工程图2px26px27围护结构布置图2 px26 px27围护及制动系统平面及断面表1初步计算结果汇总表1初步计算结果计算软件(方法)结果超级(空间非线性)合理化(空间线性)超级(空间非线性)合理化(空间线性)超级(空间线性)合理化(空间线性)合理化(平面线性)px26px27断面墙体最

9、大位移cm10.93.16.77.85.18.9墙体最大弯矩(最大弯矩第一条车道3521 . 33125 . 62830 . 01690 . 65049 . 72020 . 0，第二条车道11907 . 011543 . 10000000620 . 04775 . 215727 . 0，第四条车道，8246 . 554444444546表1中初步计算结果的比较表明，空间非线性方法计算的位移一般大于空间线性方法计算的位移。根据经验，线性法计算的位移值应乘以23倍的经验系数，以符合实际。上海运用空间非线性方法(super 062岩土工程学报2003 star软件)，积累了丰富的区域经验，计算结果合

10、理，符合实际。因此，在后续施工过程中，采用“超级之星软件”的空间非线性基坑支护结构设计计算方法，根据实际施工条件，紧密结合施工现场的实际情况，对每个开挖步骤进行跟踪计算。提前两周计算挡土墙开挖至各支撑标高时的最大变形量。实践表明，两周后，实测结果与计算结果吻合较好，可以指导施工。3非线性空间基坑支护结构计算理论与方法本文仅介绍非线性空间基坑支护设计计算理论与方法的基本思想。详见文件1。挡土墙(包括地下连续墙等。)水平切割成n根竖梁和m根曲梁，从而将挡土墙分别切割成水平梁系和竖梁系。在计算中，考虑了挡土墙土压力与位移之间的非线性关系，并通过满足十字交叉梁系统的位移协调条件和静力平衡条件来考虑它们

11、之间的相互作用。内支撑体系的处理与水平梁基本相同。这种方法的实质是利用迭代法，通过反复迭代，使横梁系统在交点处满足位移协调条件和静力平衡条件，并对支撑系统、挡土墙和墙后土体进行整体分析。利用这一理论和方法，编制了一个超级星软件(super-star v1.0)。4跟踪计算与分析研究中采用的具体方法经初步计算确定后，在后续工作中，根据现场的实际情况和实际施工条件，对每个开挖步骤进行有针对性的跟踪计算，以便更好的预测和指导施工。与初步计算不同，跟踪计算将px26px27段与风井段连接起来，形成一个整体进行计算。4.1计算模型(1)网格划分根据基坑围护的非线性空间设计计算理论，将挡墙切割成177根竖

12、梁和51根水平曲梁，从而将挡墙分别切割成水平梁和竖梁。图3是水平梁系统的网格划分示意图，图4是包络结构的三维网格划分示意图。(2)洞口模拟为了使洞口模拟符合实际，在尝试了几种不同的公式后，采用以下方法在：洞口建立虚拟地下连续墙。这样，围护结构可以形成一个完整的空间体系，虚拟地下连续墙可以有一定程度的变形，符合实际情况。结合图3、围护结构水平梁体系网格划分示意图、图3、围护结构三维网格划分示意图、图4、整体结构43-d划分，利用该方法可以模拟露天基坑，基本上可以取得较好的效果。4.2计算参数计算中使用的土壤参数见表2。表2土壤参数表2土壤参数无。土层(kn m-3)(c)千帕静土压力系数k0 m值(kn m-4)118 . 818 . 918 . 60 . 594000 218 . 014 . 017 . 00 . 674000 318 . 033 . 45 . 700 . 464500 418 . 812 . 714 . 30 . 703500 517 . 59 . 814 . 30 . 744400灰黄色粉质粘土；灰色砂质粉土；灰色淤泥质粉质粘土；灰色淤泥质粘土；灰色粘土；灰色砂质粉土；草黄色粉质粘土；草黄灰色砂质淤泥；灰色粘土。根据上海市标准基坑设计规