大型盾構(gòu)工作井結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究.pdf

1、深基坑工程是當(dāng)前巖土工程領(lǐng)域中的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題之一。要確?；咏Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,在很大程度上依賴于支護(hù)參數(shù)的選取。支護(hù)參數(shù)過大,雖然能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,但會造成支護(hù)費(fèi)用的浪費(fèi);反之則不能保證結(jié)構(gòu)的安全。如何在有效控制基坑變形的同時,能夠使工程既安全又經(jīng)濟(jì),是人們一直探索的課題。
　　 本文在對國內(nèi)外基坑工程的相關(guān)研究成果、土壓力理論以及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行系統(tǒng)歸納、總結(jié)的基礎(chǔ)上,以南京市緯三路過江通道江北盾構(gòu)工作井為依托工程,分別采用彈

2、性地基梁法和連續(xù)介質(zhì)有限元方法對工作井進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,得到盾構(gòu)工作井的結(jié)構(gòu)受力和基坑變形的規(guī)律,針對各個支護(hù)結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài),進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算;采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法,對盾構(gòu)工作井的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在確保結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上,提出材料成本最低的設(shè)計(jì)方案。主要工作和結(jié)論如下:
　　 (1)地下連續(xù)墻接頭模擬方法研究?？紤]基坑支護(hù)體系中地下連續(xù)墻接頭的存在形式,根據(jù)其力學(xué)性質(zhì),研究連續(xù)墻接頭模擬方法及其理論依據(jù)。結(jié)果表明,

3、考慮連續(xù)墻接頭模擬的結(jié)構(gòu)受力和變形結(jié)果能較好反映真實(shí)情況。
　　 (2)基坑工作井支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析。分別使用彈性地基梁法與連續(xù)介質(zhì)有限元法的數(shù)值模擬方法來分析基坑工作井支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和位移狀態(tài)。結(jié)果表明:連續(xù)墻的最大水平位移出現(xiàn)在基坑底部偏上的位置,并伴隨著較大的正彎矩;環(huán)梁與連續(xù)墻澆筑到一起,處于關(guān)鍵位置的第二層環(huán)梁受力最大;連續(xù)墻和環(huán)梁與內(nèi)襯墻復(fù)合到一起形成永久支護(hù)結(jié)構(gòu),使內(nèi)襯墻的受力較小;由于支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性,工作井開

4、挖對周圍土體變形的影響均控制在合理范圍之內(nèi)。
　　 (3)盾構(gòu)工作井支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。通過正交試驗(yàn)法研究盾構(gòu)工作井在不同連續(xù)墻厚度、環(huán)梁厚度、內(nèi)襯墻厚度及支撐的截面厚度下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,在此基礎(chǔ)上,對支護(hù)費(fèi)用進(jìn)行量化分析。得出以下結(jié)論:①連續(xù)墻厚度的增加一方面可以明顯改善環(huán)梁、支撐和內(nèi)襯墻等結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),減少各支護(hù)結(jié)構(gòu)的配筋量;另一方面可以明顯減小工作井基坑側(cè)壁的水平位移。②增加關(guān)鍵位置處環(huán)梁的厚度可以顯著改善其他環(huán)梁和

5、連續(xù)墻的受力狀態(tài),使支護(hù)結(jié)構(gòu)更加安全。③內(nèi)襯墻厚度的增加對工作井基坑的水平位移基本沒有影響;但它的厚度可以改善盾構(gòu)機(jī)破墻過程中連續(xù)墻和環(huán)梁的受力。④支撐截面的增加可以使基坑水平位移有所減小,使連續(xù)墻的受力狀態(tài)有明顯改善。⑤在一定范圍內(nèi)增加連續(xù)墻的厚度,減小內(nèi)襯墻的厚度,可以明顯減少支護(hù)費(fèi)用。
　　 綜合本文研究成果發(fā)現(xiàn):使用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定工作井合理的支護(hù)參數(shù)可以大大減少計(jì)算數(shù)量,比較傳統(tǒng)的基坑設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)類比法,本文給出的