半逆筑法施工超大地铁深基坑工程支护方案研究

半逆筑法施工超大地铁深基坑工程支护方案研究

第 0 页，共 41 页 环形支撑体系的应用概况 在当前应用的基坑支护体系中，对于深大基坑软土地基或城市改造密集建设区的基坑支护，采用环形内支撑体系（主要是钢筋混凝土环形支撑）的已经越来越多，并向超大直径环形支撑发展。目前，环形支撑体系已由单层发展为双层或多层；环梁直径由几十米发展到超过百米；平面上可适应任何平面形状；水平支撑由单圆发展到多圆相连；环梁有圆形、椭圆、边桁架断面由宽腹式向窄腹式发展等。同时，基坑支护监测信息化施工也日臻完善。 第 1 页，共 41 页 地铁北京南站基坑工程 地下二层地铁四号线南站长 150.3m ，宽 125m ，高度约 10m ；地下三层地铁十四号线南站长 150.3m ，宽 30.9m ，高度约 8m 。 第 2 页，共 41 页 地铁北京南站基坑工程 地下一层 国铁基坑。采用 1 ： 1 放坡； 第下二层 地铁四号线基坑。开挖深度 9.214m ，采用 1 ： 0.3 放坡，土钉墙支护；第下三层 地铁十四号线基坑。开挖深度 8.53m ，采用 Ф1000@1500 钻孔灌注桩围护，打设一道注浆锚杆进行支撑。 第 3 页，共 41 页 上海绿洲中环中心基坑工程 绿洲中环中心基坑工程由 7 幢建筑地下室和地下车库组成，平面基本为圆形，外径约 210 m ，基坑深 8.3 ～ 9.7m 。 采用支撑形式为圆形桁架。 第 4 页，共 41 页 南京地铁新街口站基坑 近期一号线地下三层，远期二号线地下二层，通过新街口圆形广场地下呈“ T ”形相交。 地下圆盘内径 50m ，基坑深 23.53m 。 第 5 页，共 41 页 南京地铁新街口站基坑 第 6 页，共 41 页 通过上述工程实例，在民用大型圆形基坑中，越来越多的采用了桁架环梁支撑体系，而地铁工程由于其特殊性，其基坑支护形式主要以桩撑及桩锚为主，其基坑规模与民建基坑相比较小。 第 7 页，共 41 页 工程概况 本站为 9 号线与 10 号线换乘车站，其中 9 号线车站主体长度为 337m ， 10 号线车站主体长度为 188m ， 337.6m 188m 139m 逆作 京石高速公路 八一厂西路 六里桥客运枢纽 地下三层 9 号线车站 10 号线车站 第 8 页，共 41 页 可以选择的施工方案 方案一： Ф800 格构式空间组合支护桩 方案二： Ф1000 桩 + 三层锚杆 方案三： Ф800 桩 + 三层桁架体系 方案四： Ф800 桩 + 中心岛法 方案五： Ф800 桩 + 主体结构逆筑法 第 9 页，共 41 页 各方案比选 比选方案 优点 缺点 总体评价 方案一： 空间组合支护桩 ① 适用性强、应用灵活 ② 造价低 ① 变形大 ② 应用研究少 技术不成熟 方案二： 桩锚支撑 ① 适用性强、技术成熟 ② 造价低 ① 变形大 ② 卵石层可实施性差 能满足基坑支护目的，但实施困难 方案三： 桩 + 桁架内撑 ① 适用性强、技术成熟 ② 控制变形好 ①废弃工程量大 ①造价高 能满足基坑支护目的，但造价很高 方案四： 桩撑中心岛法 ① 技术成熟 ② 控制变形好 ① 施工缝多 ② 仅能用于圆厅单独 施工，灵活性差 能满足基坑支护目的，但造价偏高，且适用性差 方案五： 桩 + 逆筑法 ① 技术成熟 ② 控制变形好 ① 结构矛盾 ② 桩基础施工困难 能满足基坑支护目的，但施工困难，且适用性差 各方案综合比较表 第 10 页，共 41 页 车站围护结构方案 换乘厅基坑－－ 半逆作法环板支护体系 主体换乘厅 采用 “ 半逆作 ” 环板支撑体系， 其余部分为明挖法施工。 第 11 页，共 41 页 换乘厅中板板、梁体系 综合换乘厅中板由于存在大量的楼扶梯开洞，换乘厅中部区域无法形成规则的环形梁系 , 因此在保证外环大跨度（ 11.0m ）成环的条件下，中部区域采用放射性梁系。 中板厚： 500mm 中板梁： 1200X1000mm 车站围护结构方案 第 12 页，共 41 页 换乘厅底板板、梁体系 综合换乘厅底板被地下三层的十号线车站切为两个半圆形结构。利用十号线地下三层侧墙、两个半圆形环梁 , 将半圆形换乘厅底板划割成为三跨的单向板体系，受力特点明确。 底板厚： 1100mm 底板梁： 1400X2100mm 车站围护结构方案 第 13 页，共 41 页 换乘厅基坑围护形式 1. 换乘厅基坑深 18.6m 支护采用半逆作法施工， 围护结构：钻孔灌注桩， φ800@1400 2. 十号线穿越段基坑深 25.2m 与换乘厅相接段采用桩撑体系， 钻孔灌注桩， φ1000@1600 中段采用土钉支护。 车站围护结构方案 第 14 页，共 41 页 施工步序 施工步骤一 施工步骤二 第 15 页，共 41 页 施工步序 施工步骤三 施工步骤四 第 16 页，共 41 页 施工步序 施工步骤五 施工步骤六 第 17 页，共 41 页 施工步序 施工步骤七 施工步骤八 第 18 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 采用 ANSYS 进行建模， FLAC 后处理分析 计算范围：水平方向取三倍开挖直径，竖向取二倍开挖深度，计算区域： 240×240×50.7 m ，岩土材料及钢管柱采用 zone 单元模拟，钻孔桩采用 pile 单元模拟，桩间喷射混凝土采用 shell 单元模拟，本构模型采用 Mohrc 模型，模型共有个 224640 个 zone 单元， 4688 个结构单元节点，计算量十分庞大。 第 19 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 建模完成后的材料分组情况（整体模型） 第 20 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 ½ 模型 第 21 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 土方开挖前打设的钢管混凝土柱 第 22 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 第一次开挖后土体竖向变形云图 第 23 页，共 41 页 中板环板在基坑开挖至地下二层时内力图 换乘厅施工过程的三维仿真分析 第 24 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 中板环板在基坑开挖至地下三层时内力图 第 25 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 开挖至底板位置后的环板结构的最大主应力分布图 第 26 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 楼板水平位移 第 27 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 钻孔桩和钢管柱的差异沉降 第 28 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 围岩的塑性区分布图 第 29 页，共 41 页 换乘厅施工过程的三维仿真分析 围护桩的变形图（ mm ） 围护桩的弯矩图 (kN · m) 第 30 页，共 41 页 “增量法”原理 增量法计算简图 第 31 页，共 41 页 “增量法”计算结果 位移包络图 第 32 页，共 41 页 “增量法”计算结果 弯矩包络图 第 33 页，共 41 页 “增量法”计算结果 剪力包络图 第 34 页，共 41 页 内力比较 同时采用同济启明星和理正深基坑软件进行验算，结果见下表 计算方法 最大位移 （ mm ） 单桩最大弯矩（ +/ - ） (kN ·m ) 单桩最大剪力（ +/ - ） (kN /m ) 增量法 16 568/359 564/330 同济启明星 14 577/430 382/352 理正深基坑 14.6 523/460 373/350 “增量法” 、 “同济启明星” 、 “理正深基坑”内力比较 第 35 页，共 41 页 内力分析结果 本文通过对逆作部分的二次结构及围护桩等结构的受力及位移等方面的计算，对综合换乘厅施工过程得出了以下结论： （ 1 ）本文建立的 FLAC3D 模型正确有效，可以较为准确的反应换乘 厅环形板带的的受力过程，可对设计关注的重点问题做定性分析。 （ 2 ）通过分析，桩上的最大内力不是发生在基坑已经开挖到底，而是 发生在开挖过程中，并且是一个动态的过程。 （ 3 ）基坑附近的地表出现了轻微的隆起，随着远离基坑，隆起量越来 越小。 （ 4 ）通过“增量法”及三维模型结果比较三维模型的桩弯矩最大值为 , 比 二维小了 24%, 由于空间效应造成的这种差异是符合理论及实践经 验的。 （ 5 ）整个基坑工程在施工过程中满足受力、稳定性等要求。 第 36 页，共 41 页 本论文的工程意义 （ 1 ）基坑中间无支撑网盖，使得大型挖土机械可直接进入坑内进行大型 土方挖运，与其他内支撑相比，土方开挖的费用可减小一半，工期 缩短一半。 （ 2 ）提供了 80% 的作业空间，便于地下施工，材料的吊运不受限制，测 量放线实现开阔，有利于质量和安全管理。 （ 3 ）该体系将坑内的水平推力通过桁架和环梁转化为板内轴向均匀受压 ，变形性能优异，整体刚度好，做到安全可靠与施工方便相统一。 （ 4 ）结构工程量小，基本无废弃工程，支护总造价大幅降低。 （ 5 ）特别适合大粒径卵石地层等侧向土压力不大且不可打设锚索的基坑 工程。 第 37 页，共 41 页 现场施工情况 第 38 页，共 41 页 现场施工情况 第 39 页，共 41 页 效果图 第 40 页，共 41 页 请各位批评指正！ 谢谢大家！