明挖地铁车站围护结构变形分析

明挖地铁车站围护结构变形分析

李路

中交隧道工程局有限公司

摘要：地铁车站施工过程中，其围护结构的变形情况会影响其稳定性。以郑州市至巩义市域铁路市政配套工程为研究对象，对其进行数值模拟，分析围护桩施工过程水平位移变化规律，得出以下结论：基坑施工过程中，围护结构上部受到现场施工条件、地下水、施工机械荷载等因素影响，而数值模拟为对地铁车站基坑施工理想状态下的计算，所以二者间得出的水平位移存在一定的差距，但其水平位移曲线变化趋势基本一致，且不同工况下的最大水平位移差值小于5mm。采用数值模拟对围护桩的水平位移进行计算，可行性较高。增大围护桩的桩径可有效降低其水平位移，提升结构的稳定性，但当其桩径较大时，其提升效果较不明显。

关键词：地铁车站；围护结构；水平位移；数值模拟

引言

随着现代化城市建设的不断推进,人口密集和交通拥堵问题日益凸显,促使城市轨道交通得到了长足发展。作为城市地下基础设施的重要组成部分,地铁工程的规模与深度也在不断扩大。明挖法是修建地铁车站的主要施工方式,但在开挖过程中,地面和周边建筑物的沉降变形是一个巨大的挑战,围护结构的变形控制成为关键环节。

合理的围护结构设计和施工工艺优化对确保工程质量、减小变形风险至关重要。需要充分考虑土层特性、邻近建筑物影响等因素,选择恰当的开挖支护方案。同时,通过先进的监测手段和数值模拟分析,深入研究围护结构的实际受力和变形情况,及时发现异常并调整设计方案。此外,优化施工组织,控制开挖面、降水位等影响因素,加强邻近建筑物保护,建立完善的应急预案,从多方面入手,高效控制变形风险,确保地铁车站工程的质量安全。

1明挖地铁车站围护结构变形原因

在明挖地铁车站施工过程中,围护结构往往难以完全避免发生一定程度的变形。这主要源于以下几个方面的原因:首先,开挖扰动会引起土体应力重新分布,导致围护结构产生位移和内力的变化。特别是当遇到复杂地层条件或地下水位较高时,更容易加剧围护结构的变形。其次,邻近建筑物的存在,无论是其自身荷载还是施工活动,都可能对围护结构的稳定性产生不利影响。再者,围护结构本身的设计及施工工艺也直接关系到其变形控制能力。

围护结构过大变形不但影响地铁车站的正常使用,还可能对第三方财产和人员安全造成严重威胁。因此,科学分析围护结构变形原因,采取有效措施加以控制,对确保工程质量安全至关重要。首先需要充分认识到影响因素的复杂性,通过先进的监测和数值分析手段,及时掌握围护结构的实际应力应变状态。其次,针对不同变形成因,优化设计和施工方案,如调整支撑体系布置、优化开挖顺序等,以减小不利影响。同时,加强对周边环境的保护,避免新的不稳定因素的引入。只有从多方面入手,综合分析和处理,才能高效控制围护结构变形风险。

2地铁基坑围护结构水平位移监测过程

2.1监测内容

施工期间,地铁基坑开挖过程中的围护结构变形及周边环境影响是不可忽视的风险因素。为了确保工程施工的安全性和质量,必须制定全面而合理的监测方案,科学有效地开展监测工作,及时预警和应对异常情况。

监测范围需要覆盖基坑内部、周边建筑物、地下管线等所有可能受到影响的区域。具体监测内容包括:基坑周边环境状况变化,如地面沉降、裂缝等;基坑围护结构本身的水平位移、倾斜等变形情况,包括桩顶、桩身等部位;支撑体系的受力状态,如支撑轴力变化等。

其中,对围护结构桩体水平位移的监测尤为关键。通过布设测点,采用全自动测量系统、钢尺等手段,定期测量桩体不同深度的水平位移量。获取的大量监测数据需要进行系统处理和分析,研究位移随时间和深度的变化规律,对比理论计算值,判断是否超出控制标准。对异常位移要及时分析原因,并提出应对措施,确保工程施工安全。综合分析周边环境、围护结构和支撑体系的监测数据,对于优化设计方案、指导后续施工具有重要意义。

2.2监测频率及周期

围护结构水平位移监测的频率和周期设置需要结合工程实际情况进行科学合理的安排。通常在施工前会进行至少三次连续独立观测,以获取可靠的初始数据。施工过程中的监测频率则需要根据不同阶段的风险程度进行调整。

在开挖初期或遇到复杂地质条件时,监测频率应适当增加,以捕捉围护结构位移变化的关键时间节点。相反,在相对稳定阶段,可以适度降低监测频率,避免重复无谓的工作量。一旦出现异常情况,如监测值超标或发生意外事故,需要立即加密监测频率,密切跟踪位移变化趋势。

监测周期的设置同样需要综合考虑施工进度安排。在围护结构承受最大荷载的开挖至底坑施工阶段,监测工作应当持续进行,直至回填至一定高度并达到稳定状态。合理设置监测频率和周期不仅有利于高效获取关键数据,同时也能够优化人力物力的使用,实现经济合理的监测管理。

此外,现代化的自动化监测系统能够实现围护结构位移的远程实时监控,进一步提高了监测的及时性和可靠性,为确保地铁基坑施工安全提供了有力保障。综合运用人工和自动化监测手段,建立科学高效的监测体系,是工程质量控制的重要基础。

2.3监测数据分析

围护结构水平位移监测所获得的大量数据,需要进行系统深入的分析研究,揭示不同工况下围护结构变形的内在规律,为设计优化提供科学依据。

首先,需要对监测数据进行整理和可视化处理,直观展现围护结构不同部位、不同时间节点的位移数值及变化趋势,并与理论计算值进行对比分析。在此基础上,结合地层条件、开挖方式等影响因素,剖析不同施工阶段位移变化的原因,评估变形控制效果。

其次,通过对比分析不同工况下的监测数据,总结归纳出围护结构变形的共性规律,如受土层性质、临近建筑物等因素的影响规律。这为后续类似工程提供了宝贵的经验参考。同时,也需要注意分析个性化特征,因为每个工程场地的具体条件都有所差异。

监测数据分析结果不仅可以反馈给当前工程的设计优化,如调整锚杆、支撑等构件参数,优化施工工艺,而且对于提高整个行业的围护结构设计和施工水平也具有重要意义。通过持续的数据积累和经验总结,不断修正和完善相关理论模型,形成更加准确可靠的变形预测方法,从而实现围护结构设计的优化升级。

因此,对地铁基坑围护结构水平位移监测数据的分析研究,是提高工程质量安全性的重要手段,也是推动相关技术进步的重要驱动力。分析结果的及时反馈与设计优化的精准把控,将为地铁工程的顺利实施保驾护航。

3明挖地铁车站围护结构设计与施工优化

根据分析结果,优化围护结构设计和施工工艺,减小变形风险,是明挖地铁车站围护结构变形控制的关键环节。优化设计需从以下几个方面着手:

首先,结合变形监测数据和数值模拟分析,优化围护结构的受力分布,调整锚杆、支撑等构件的布置位置和参数,使其能够有效承担设计内外荷载。其次,针对不同土层特性,选择合理的开挖支护方案,如地下连续墙、钻孔灌注桩等,并优化支护结构的断面尺寸和材料。

在施工工艺方面,要严格按照规范和设计要求,科学合理组织施工,控制开挖面、降水位和地表卸荷等影响因素。采用分段小导坑开挖、预先加固土体等措施,减小开挖扰动对围护结构的影响。同时加强对邻近建筑物的监测和保护,避免施工引起第三方损害。

此外,要加强对实际监测数据的分析研究,及时发现异常情况,并根据变形趋势及时调整设计和施工方案。建立完善的应急预案,保证施工安全。只有不断优化设计和工艺,充分发挥围护结构性能,才能高效地控制变形风险,确保地铁车站工程的质量安全。

结束语

地铁基坑工程施工涉及复杂环境条件和多重风险因素,对围护结构水平位移的精准监控尤为关键。通过制定科学的监测方案,运用先进的监测技术手段,系统收集和分析监测数据,不仅能够及时发现异常并采取应对措施,更能为优化设计和施工工艺提供宝贵参考。持续提升围护结构变形控制能力,将有力保障地铁工程的顺利推进和高品质建设。

参考文献

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