地铁车站深基坑施工有限元分析.pdf
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1、2052023年9 月岩土工程与勘察江西建材地铁车站深基坑施工有限元分析邹雪中国铁路设计集团有限公司华南公司,广东深圳518052摘要:地铁车站深基坑施工涉及复杂土体一结构相互作用问题,例如土体变形、应力分布、支撑结构稳定性等。文中以南方地区某地铁车站项目为依托,应用有限元软件,围绕围护结构水平位移、地表沉降、坑底隆起变形、降水对基坑变形的影响等展开研究。结果表明,开挖1工序下,围护结构水平位移与开挖深度成反比,地连墙顶部水平位移最大为3.1m,底部水平位移最小。开挖2、3、4工序下,围护结构水平位移随深度的增加先增后减,在地连墙腹部处达到最大。地表沉降曲线呈V形,距基坑边缘约15m左右处地表
2、沉降量达到最大。关键词:地铁车站;深基坑;有限元;变形中图分类号:TU198文献标识码:A文章编号:10 0 6-2 8 9 0(2 0 2 3)0 9-0 2 0 5-0 3Finite Element Analysis of Deep FoundationPit Construction of Subway StationZou XueChina Railway Design Group South China Company,Shenzhen,Guangdong 518052Abstract:The construction of deep foundation pits in subw
3、ay stations involves complex soil structure interaction issues,such as soildeformation,stress distribution,and support structure stability.Based on a subway station project in the southern region,this article appliesfinite element software to study the effects of horizontal displacement of the retai
4、ning structure,surface settlement,uplift deformation ofthe pit bottom,and precipitation on the deformation of the foundation pit.The results show that under excavation process 1,the horizontaldisplacement of the retaining structure is inversely proportional to the excavation depth,with the maximum h
5、orizontal displacement of 3.1 mat the top of the diaphragm wall and the minimum horizontal displacement at the bottom.Under excavation steps 2,3,and 4,the horizontaldisplacement of the retaining structure first increases and then decreases with the increase of depth,reaching its maximum at the belly
6、 of thediaphragm wal.The surface settlement curve is V-shaped,and the maximum surface settlement is reached at a distance of about 15 metersfrom the edge of the foundation pit.Key words:Subway station;Deep foundation pit;Finite element;Deformation0引言地铁车站建设涉及复杂的地下工程,其中,深基坑施工是一个具有挑战性的环节。深基坑施工过程中,围护结构稳
7、定性、土体变形、地表沉降等问题对工程安全和周围环境影响至关重要 1-2 1。围护结构水平位移是衡量基坑稳定和支撑效果的重要指标,应用有限元软件模拟土体开挖的应力变化、支撑结构刚度和材料特性,能够准确预测围护结构水平位移,评估其对土体和周边建筑物的潜在风险 3-4。地铁车站深基坑施工不可避免受到地表沉降影响,考虑土体结构本构、施工序列和地表荷载等因素,能够定量预测地表沉降 5。由于土体开挖和支撑约束,地铁车站基坑坑底可能发生隆起现象,模拟土体变形特性、支撑结构变化和施工序列能够定量分析坑底隆起程度,为减轻隆起效应提出相应措施。此外,模拟基坑降水和排水效果,能够评估降水对土体应力和变形的影响,并为
8、优化降水方案提供建议 7 。基于此,本文以南方地区某地铁车站为研究对象,结合数作者简介:邹雪(19 9 1-),女,吉林吉林人,硕士,工程师,主要研究方向为地下工程设计与研究。值模拟探究地铁车站深基坑稳定性及其影响因素,为地铁车站建设和深基坑工程施工提供有价值的参考,同时促进有限元分析在复杂地下工程中的应用与发展。1工程概况南方地区某地铁车站沿路地势西高东低,高差最大约17 m。本车站揭露地层主要有第四系全新统人工填土层、第四系全新统冲洪积层、第四系坡积层、第四系残积层,基岩为石英砂岩。本车站大小里程高差较大,基坑开挖深度为18.7 33.7 m,围护结构推荐采用10 0 0、12 0 0 m
9、m地下连续墙。2数值模拟模型及参数设定本文选用修正的MIDAS土体本构模型模拟土体,选用梁单元模拟冠梁,板单元模拟地下连续墙。其中,第一道钢支撑为600mm、壁厚12 mm的钢管,设计轴力和预加轴力分别为270、135k N;二、三道钢支撑为600mm、壁厚16 mm的钢管,二道钢管支撑的设计轴力和预加轴力分别10 0 0、50 0 kN,三道钢管支撑的设计轴力和预加轴力分别8 50、42 5kN;围由两根45b工字钢连接而成;地下连续墙钻孔灌注桩桩长2 4m,由C35混凝土灌注而成。冠梁和桩的弹性模量为30 0 0 0 MPa,泊松比为0.2,重度为2 4.8 kN/m;围和钢支撑的弹性模量
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