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沈阳地铁二号线文体路—五里河区间基坑监测与分析

作　者: 陈昭庆
导　师: 陈耕野
学　校: 东北大学
专　业: 结构工程
关键词: 地铁深基坑监测数值模拟变形分析预警
分类号: U231
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着我国经济的发展,地面交通越来越难满足城市交通发展的需求,越来越多的城市开始兴建地铁,从而推动了地铁技术的发展,明挖深基坑施工法是广泛应用于地铁车站施工的有效方法。基坑开挖与支护及相关理论是明挖施工法面对的最主要问题之一,开挖过程中的变形和受力不仅影响到地铁工程的安全和进度,还会因引起周围地层沉降从而危机相邻建筑物、地下管网和其他市政设施。能否预测并控制住基坑周围土体的变形往往是深基坑施工成败关键,本文以沈阳地铁二号线11标文-五区间(文体路车站到五里河车站之间的区间)明挖深基坑的施工监测为工程背景,利用数值模拟的方法对施工过程中可能出现的围护结构的受力和变形进行预测,同时在基坑工程施工过程中进行同步监测,将监测结果和预测结果进行对比分析,以验证预测的可靠性。本文的主要研究工作如下：首先,论述了明挖深基坑监测系统的组成和工作原理,针对沈阳地铁二号线11标文-五区间明挖基坑,阐述了监测的依据、内容和结果,得出结论：基坑开挖初期,围护桩变形较小,随着开挖的加深,变形逐渐增大,基坑开挖到底以后,基坑变形逐渐稳定不再增长；单根桩的变形由下到上呈逐渐增大的类似抛物线形状。基坑开挖过程中,随着基坑加深,钢支撑受力整体呈增大趋势,在架设下一道钢支撑之后,钢支撑轴力有少量减少,但很快随着基坑挖深,有呈增大趋势,基坑开挖到底,钢支撑轴力逐步稳定。钢筋轴力,随着基坑开挖的加深,整体呈逐渐增大趋势,在架设钢支撑之后,轴力稍有减少,但随着开挖加深,又呈增大趋势。其次,运用岩土工程常用软件Midas/GTS建立模型,对深基坑开挖过程的全过程进行数值模拟分析,对每一工况的支护变形进行模拟,模拟施工过程中每一施工工况所发生的变形和位移。最后,将有限元模拟分析结果和实际监测结果进行分析对比,最后得出结论：利用MIDAS/GTS软件,得到的围护结构变形规律,基本与实测相符合,可以用于寻找变形规律和变形集中部位,及早做出加固处理,防止事故的发生；但是建模过程中,模拟采用的荷载不可能与实际情况完全符合,且实际施工过程中,对基坑变形有重大影响的天气情况的变化、雨季引起的地下水位的上升和土体含水量的突然增加等动态因素均不能模拟,故有限元模拟分析对实际工程的预测是有局限性的,仍不能代替实际监测。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-20
  1.1 国内外研究现状与分析  12-15
    1.1.1 国内地铁施工监测现状和基坑数值模拟研究现状  12-14
    1.1.2 国外地铁施工监测和深基坑数值模拟研究现状  14-15
  1.2 工程概况  15-18
    1.2.1 沈阳地铁文体路-五里河站区间明挖段工程概述  15-16
    1.2.2 工程地质与水文地质  16-17
    1.2.3 围护结构和施工方法  17-18
  1.3 关键问题  18
  1.4 主要内容  18-20
    1.4.1 区间明挖段基坑监测方案  18
    1.4.2 区间明挖段围护桩倾斜监测  18-19
    1.4.3 区间明挖段围护桩主筋轴力监测  19
    1.4.4 区间明挖段基坑钢支撑轴力监测  19
    1.4.5 有限元分析  19-20
第二章区间明挖段基坑监测方案  20-26
  2.1 监测理论  20-21
  2.2 监测依据  21
  2.3 监测方案设计标准  21-22
  2.4 监测内容和项目  22
  2.5 监测频率和测点布设  22-23
  2.6 监测结果反馈与预警  23-25
    2.6.1 监测结果的反馈  23-24
    2.6.2 监测预警  24-25
  2.7 小结  25-26
第三章区间明挖段围护桩倾斜监测  26-45
  3.1 测斜仪测试原理  26-28
    3.1.1 测斜仪的组成  26
    3.1.2 测斜仪系统原理  26-28
  3.2 测点的布设  28-30
    3.2.1 测点的平面位置  28
    3.2.2 测点就位原则  28-29
    3.2.3 测点的安装方法  29-30
  3.3 围护桩变形监测方法  30
  3.4 基坑开挖与桩体倾斜监测实施过程  30-31
    3.4.1 第一施工段的开挖  30-31
    3.4.2 第二施工段的开挖  31
  3.5 围护桩变形监测数据分析  31-44
    3.5.1 第一施工段围护桩变形  31-39
    3.5.2 第二施工段围护桩变形  39-44
  3.6 小结  44-45
第四章区间明挖段围护桩钢筋应力监测  45-54
  4.1 钢筋应力计测试原理  45
  4.2 测点的布设  45-48
    4.2.1 测点平面位置  45-46
    4.2.2 测点的布置原则  46-47
    4.2.3 测点的安装方法  47-48
  4.3 围护桩钢筋应力监测方法  48
  4.4 基坑开挖与桩体钢筋应力监测过程  48
  4.5 围护桩钢筋应力监测数据分析  48-52
    4.5.1 第一施工段钢筋轴力监测数据  48-50
    4.5.2 第二施工段钢筋轴力监测  50-52
  4.6 小结  52-54
第五章区间明挖段基坑钢支撑轴力监测  54-62
  5.1 钢支撑轴力计测试原理  54
  5.2 测点的布设  54-56
    5.2.1 测点的平面位置  54-55
    5.2.2 测点的制作方法  55-56
  5.3 基坑钢支撑轴力监测方法  56
  5.4 基坑开挖与钢支撑轴力监测实施过程  56-57
    5.4.1 第一施工段的钢支撑轴力监测过程  56-57
    5.4.2 第二施工段的钢支撑轴力监测过程  57
  5.5 基坑钢支撑轴力监测数据分析  57-61
    5.5.1 第一施工段轴力监测数据  57-60
    5.5.2 第二施工段轴力监测数据  60-61
  5.6 小结  61-62
第六章基坑围护结构有限元数值分析  62-99
  6.1 深基坑计算软件与功能  62-70
    6.1.1 静力分析  62-67
    6.1.2 施工阶段分析  67-70
  6.2 模型计算参数选取  70-73
    6.2.1 模型属性的选取  71
    6.2.2 材料特性的选取  71-73
    6.2.3 截面参数的选取  73
  6.3 基坑开挖过程工况模拟  73-74
  6.4 基坑土体与围护结构建模  74-77
    6.4.1 基坑土体的建模  74-75
    6.4.2 围护结构的建模  75-77
  6.5 开挖过程围护桩受力计算与分析  77-84
  6.6 开挖过程围护桩位移计算与分析  84-94
  6.7 开挖过程钢支撑轴力计算与分析  94-98
  6.8 小结  98-99
第七章结论与展望  99-102
  7.1 结论  99-100
  7.2 展望  100-102
参考文献  102-105
致谢  105

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