本文摘要：【摘要】文章依托某一地鐵工程，基于Midas-GTS/NX計算軟件，分析基坑開挖時，鋼支撐對地表土體以及基底土體的影響。研究表明:通過調(diào)整鋼支撐位置，可以降低土體沉降，從而達(dá)到減少材料，節(jié)約成本的效果;基坑開挖后，地表土體沉降呈凹槽型;鋼支撐對基底土體隆
【摘要】文章依托某一地鐵工程，基于Midas-GTS/NX計算軟件，分析基坑開挖時，鋼支撐對地表土體以及基底土體的影響。研究表明:通過調(diào)整鋼支撐位置，可以降低土體沉降，從而達(dá)到減少材料，節(jié)約成本的效果;基坑開挖后，地表土體沉降呈凹槽型;鋼支撐對基底土體隆起的影響很小;設(shè)有三道鋼支撐時，地表土體最大沉降值為4mm，設(shè)有兩道鋼支撐時，地表土體沉降值可以到4.07mm，兩者接近，說明可以減少一道鋼支撐進(jìn)行施工。
【關(guān)鍵詞】基坑開挖;鋼支撐;土體沉降;土體隆起
隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對交通要求逐步提高，地鐵成為必要的一種交通方式。在地鐵線路的修建中，會穿越既有建筑等[1]。基坑開挖過程中會對地表土體，建筑物產(chǎn)生影響，造成應(yīng)力重分布或結(jié)構(gòu)變形，因此對基坑開挖的研究分析是極其必要的。一些學(xué)者將數(shù)值模擬應(yīng)用到基坑工程中[2-3]，將所得結(jié)果與現(xiàn)場情況進(jìn)行對比得出結(jié)論。本文選用巖土工程計算軟件Midas-GTS/NX模擬成都某地鐵基坑開挖施工過程，為基坑開挖提供一定指導(dǎo)和借鑒[4-9]。
建筑論文范例：軟土地區(qū)的砂層深基坑建筑施工方案
1工程概況
某地鐵明挖暗埋段區(qū)間長330.8m，基坑寬度為11.8～15.8m，深度為10.9～13.9m，結(jié)構(gòu)頂板覆土2.4～7.1m。
2數(shù)值計算模型
2.1數(shù)值模型
基坑開挖過程采用大型數(shù)值模擬軟件MidasGTS/NX進(jìn)行模擬，對基坑開挖過程建立不同工況。防止模型邊界效應(yīng)所造成的影響，模型的最終尺寸為長100m，高30m。模型分為6層土，分別為雜填土、素填土、黏土、全風(fēng)化泥巖、強風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖。模型中土體及結(jié)構(gòu)材料采用各向同性，土體采用修正莫爾-庫侖模型。
2.2計算假定
(1)基坑開挖施工期間，僅考慮正常使用工況，不考慮地震、人防等工況。(2)假定支護(hù)結(jié)構(gòu)為線彈性材料。(3)假定基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體之間符合變形協(xié)調(diào)原則。
(4)本計算分析的前提是施工嚴(yán)格按照設(shè)計及相關(guān)規(guī)范、規(guī)定操作流程，并處于正常良好控制的條件下。
2.3計算結(jié)果規(guī)定
本章節(jié)將對不同施工階段下圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形計算結(jié)果進(jìn)行分析。數(shù)值的正負(fù)符號規(guī)定如下:(1)豎向變形結(jié)果負(fù)值表示沉降，正值表示隆起。(2)橫向水平變形結(jié)果正值表示指向軌道右側(cè)，負(fù)值表示指向軌道左側(cè)。
2.4計算步驟
(1)初始地應(yīng)力分析，計算平衡，位移清零。(2)施工圍護(hù)樁、及冠梁，計算平衡。(3)基坑開挖及支護(hù)。Step1:施作第一道橫撐，并開挖至相應(yīng)位置，計算平衡;Step2:施作第二道橫撐，并開挖至相應(yīng)位置，計算平衡;Step3:施作第三道橫撐，并開挖至坑底，計算平衡。
2.5坑底隆起及基坑周邊沉降分析
坑內(nèi)土體開挖后，坑壁的法向約束逐層消除，打破了原有的初始應(yīng)力平衡場，內(nèi)力進(jìn)行重分布，基坑周圍地層發(fā)生沉降，且該沉降量伴隨開挖深度的增大而增大，隨著與基坑距離的加大而逐漸降低，直到較遠(yuǎn)處為零，而坑底則有明顯的隆起。
2.5.1工況一
基坑開挖的進(jìn)程中，地表土體會產(chǎn)生相應(yīng)的沉降，沉降曲線分布為拋物線狀;地表的整體變形規(guī)律是在靠近基坑處發(fā)生最大的豎向變形，計算的最大沉降值為4mm，隨著距離坑邊越來越遠(yuǎn)，沉降變形則慢慢減小，最終趨于穩(wěn)定，總體的沉降量并不大，能夠滿足基坑設(shè)計中關(guān)于地面最大沉降的控制要求;隨著基坑開挖深度加大，坑底回彈量和回彈范圍逐漸增大，坑底最大回彈量為30.8mm;隨著基坑開挖深度的加大，坑周土體的垂直沉降變形亦逐步增大，且影響范圍也越來越遠(yuǎn)，距離坑邊達(dá)開挖深度2倍范圍的地表也能受到施工帶來的影響，故在基坑施工過程中，一定要密切注意基坑周邊可能要發(fā)生最大沉降的區(qū)域，必要時可進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，防止工程事故的發(fā)生。
2.5.2工況二
基坑地表土體會產(chǎn)生相應(yīng)的沉降，沉降曲線分布為拋物線狀的“凹槽型”;地表的整體變形規(guī)律是在靠近基坑處發(fā)生最大的豎向變形，設(shè)有兩道鋼支撐的基坑開挖后，計算的最大沉降值為7.25mm，隨著距離坑邊越來越遠(yuǎn)，沉降變形則慢慢減小，最終趨于穩(wěn)定，總體的沉降量并不大，能夠滿足基坑設(shè)計中關(guān)于地面最大沉降的控制要求;隨著基坑開挖深度加大。坑底回彈量和回彈范圍逐漸增大，坑底最大回彈量為30.7mm;距離坑邊達(dá)開挖深度2倍范圍的地表也能受到施工帶來的影響，故在基坑施工過程中，一定要密切注意基坑周邊可能要發(fā)生最大沉降的區(qū)域，必要時可進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，防止工程事故的發(fā)生。
2.5.3工況三
土體沉降最大值為4.21mm，基坑底部隆起31.3mm。
2.5.4工況四土體沉降最大值為4.07mm，基坑底部隆起31.6mm。2.7.5工況五，土體沉降最大值為4.41mm，基坑底部隆起31.3mm。
通過進(jìn)行分析比較可知:(1)地表土體沉降呈凹槽形，隨著基坑開挖逐步推進(jìn)，坑周土體沉降也逐漸增大。(2)基坑開挖完成后，設(shè)有三道支撐情況坑周最大沉降約為4mm，基底土體隆起最大值為30.9mm;設(shè)有兩道支撐情況坑周最大沉降約為7.25mm，基底土體隆起最大值為30.7mm。(3)去掉第三道支撐，基坑開挖完成后，隨著第二道支撐位置的變化，地表土體沉降以及基底土體隆起均發(fā)生變化，當(dāng)?shù)诙冷撝挝恢孟乱?m時，地表土體沉降最小，為4.07mm。(4)在相同鋼支撐數(shù)條件下，可以通過調(diào)整鋼支撐位置，降低土體沉降，達(dá)到與原設(shè)計相同效果，從而降低施工成本。
3結(jié)論
本文采用Midas-GTS/NX計算軟件研究了地鐵基坑開挖時地表土體的沉降以及基底土體隆起情況，通過模擬計算不同鋼支撐條件下，基坑地表土體及基底土體變形結(jié)果得出如下結(jié)論:
(1)隨著基坑開挖深入，坑周土體沉降逐漸增大。(2)可以通過調(diào)整鋼支撐位置，達(dá)到節(jié)約資源，節(jié)省施工成本的效果。(3)設(shè)有三道鋼支撐時，基坑地表土體最大沉降為4mm，基底土體最大隆起為30.9mm;設(shè)有兩道鋼支撐時，基坑地表土體最大沉降的最小值為4.07mm，基底土體最大隆起的最小值為30.7mm。
(4)基底土體隆起變化明顯，說明基底土體隆起與鋼支撐的位置變化無明顯關(guān)系，應(yīng)通過控制其他因素減小基底土體的隆起。本文只研究了鋼支撐對基坑開挖的影響，未考慮其他因素如混凝土支撐、圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)、冠梁等對其開挖的影響等，將來將對這些方面進(jìn)行主要研究。
參考文獻(xiàn)：
[1]白海峰，徐成成.地鐵車站深基坑開挖及圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模擬分析[J].大連交通大學(xué)學(xué)報，2019.
[2]黃清云，張克，蘭國冠，等.樁土耦合接觸的基坑支護(hù)數(shù)值模擬[J].廈門理工學(xué)院學(xué)報，2019，27(5):78-85.
[3]Chang，CY，Duncan，JM.ANALYSISOFSOILMOVEMENTAROUNDADEEPEXCAVATION[J].JournalofSoilMechanics&FoundationsDiv，1970，96(5):1655-1681.
作者：劉大雙
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