基于强近接大型基坑单侧开挖卸载既有车站变形理论研究
发布时间：2021-09-24 06:15
为探究综合交叉换乘车站群大型基坑单侧开挖对既有车站变形响应影响特征,结合板壳理论、数值模拟和现场实测,基于锦城广场三车站换乘的强近接单侧基坑卸载引起变形和力学问题展开深入研究,主要得到以下研究成果:（1）强近接基坑开挖诱发既有车站结构向卸载一侧整体倾倒,其结构侧向变形随开挖深度增大呈指数增长,随开挖长度呈抛物线增长;（2）车站结构整体变形随附加荷载增大呈线性增大,且结构顶部变形受附加荷载影响较最大变形位置的敏感;（3）既有车站结构变形随土体重度增大呈线性增大,而随车站刚度降低呈指数增大;（4）基于Pearson相关性分析,开挖深度变化显著影响车站的侧向结构变形,其次为开挖长度,然后是附加荷载和既有车站刚度,土体重度的影响最不显著;（5）基于统计分析,位移最值点高度存在上下限,强近接单侧基坑开挖影响最危险区域为0.59H～0.73H位置,实际施工中宜重视该高度范围内围护结构的安全稳定性。
【文章来源】：岩石力学与工程学报. 2020,39(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
锦城广场站开挖卸载力学受力Fig.4Layoutofexcavationzoneandforcedistribution(b)锦城广场站开挖卸载力学受力示意
第39卷第10期王志杰等：基于强近接大型基坑单侧开挖卸载既有车站变形理论研究2135H+q开挖卸载wqH(b)锦城广场站开挖卸载力学受力示意图图4锦城广场站开挖卸载力学受力Fig.4Layoutofexcavationzoneandforcedistribution3.1基于板壳理论的力学模型3.1.1三维计算模型构建根据设计资料及现场调研(见图5)，对于既有18号线车站主体结构，南北两端上部结构采用斜支撑约束，下部围护桩插入地层，受土体约束；车站主体中间结构围护桩深入土体，可简化模型边界条件为南北两端简支约束，车站底部固定端约束如图6(a)所示，本文将既有车站结构考虑为厚度为车站宽度(D)的板单元，基于板壳理论的计算模型如图6(b)所示，模型边界考虑为一对边简支，第三边自由，第四边固支。围护桩结构格构柱18号线斜支撑(号线端)2918号线斜支撑(号线端)29图518号线车站斜支撑约束Fig.5Constraintsoninclinedsupportofline18station3.1.2基于板壳理论的位移解如图6(b)所示，在均匀分布荷载作用下，由薛大伟等[24-25]可假设总挠度由下式中两部分位移组成：12(1)简支结构底部固定端H+q土体荷载开挖卸载简支约束(a)计算模型三维示意图yHLqx底部固定端顶部自由边一对边简支车站结构(b)计算模型平面示意图图6基于板壳理论的力学模型Fig.6Mechanicalmodelbasedonplateandshelltheory式中：1为承受均匀载荷q、长度为L的简支条板的挠度，它可用级数表示：415541πsinπmqLmxGmL(m=1，3，5，…)(2)式中：G为板的抗弯刚度，由板的弹性模量0E(E)、
2136岩石力学与工程学报2020年形，左侧墙受力变形导致右侧墙发生同步位移，右侧墙变形携带左侧墙移动，变形上存在一致性，因此考虑车站结构简化为刚度等效的板结构厚度截面，弹性模量的转换采用等效刚度法计算：stst00EIEI(4)式中：stE，stI分别为实际车站结构弹性模量和抗弯惯性矩；0E，0I分别为折算后的等效弹性模量和等效抗弯惯性矩。刚度等效示意如图7所示。HHDD图7等效刚度计算示意图Fig.7Calculationdiagramofequivalentstiffness2由级数式表示：2πsinmmmxYL(m=1，3，5，…)(5)其中，4πππcoshsinhmmmqLmymymyABLYLLGπππsinhcoshmmmymymyCDLLL(6)边界条件：当x=0和L时，有2200x，(7)当y=0时，有00y，(8)自由边的边界条件为222233320(2)0yHyHyxyxy(9)由S.Timoshenko和S.Vorowski[25]可知，根据边界条件可求解得到：554πmAm(10a)25524[(3)(1)cosh2coshπ(1)sinh(1)]/[(3)(1)mmmmmvmB2222cosh(1)(1)]mm(10b)5524[(3)(1)sinhcosh(1+)πsinh(1)cosh(1)]/mmmmmmmmC2222[(3)(1)cosh(1)(1)]mm(10c)mmDC(10d)π/mmHL(10e)而本文所考虑的边界条件为土体荷载，梯形荷载形式见图6(a)，故将分布荷载q由线性荷载H(1y/H)q代替，换算之后车站整体结构的侧向变形形式为4554[
【参考文献】：
期刊论文
[1]软土深基坑与邻近地铁车站相互变形影响分析[J]. 程玉兰,王毅红. 城市轨道交通研究. 2019(09)
[2]后建车站基坑开挖及区间近距离下穿既有车站安全技术措施研究[J]. 高玄涛. 贵州大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]新建地铁车站近接施工对既有地铁车站稳定性的影响研究[J]. 陈先智,黎忠,刘道炎. 工程技术研究. 2018(15)
[4]邻近新建地铁车站的深基坑工程的变形分析[J]. 邓旭,郑虹,宋昭煌,王静. 地下空间与工程学报. 2018(S1)
[5]北京市轨道交通基坑工程地表变形特性[J]. 吴锋波,金淮,朱少坤. 岩土力学. 2016(04)
[6]基坑不同施作顺序引起邻近车站变形对比分析[J]. 向贤华. 铁道工程学报. 2015(12)
[7]基坑开挖对邻近既有隧道变形影响范围的数值分析[J]. 林杭,陈靖宇,郭春,柳群义. 中南大学学报(自然科学版). 2015(11)
[8]基坑开挖对近接地铁车站的影响规律研究[J]. 郭典塔,周翠英. 现代隧道技术. 2015(01)
[9]邻近地铁车站的基坑开挖基于FLAC3D数值模拟[J]. 任伟明,彭丽云,刘军. 岩土工程学报. 2013(S2)
[10]临近既有地铁车站的基坑变形性状研究[J]. 朱炎兵,周小华,魏仕锋,谭勇. 岩土力学. 2013(10)
博士论文
[1]地铁车站基坑施工对邻近建筑物影响的研究[D]. 吴朝阳.湖南大学 2015
硕士论文
[1]双侧深大基坑邻近既有地铁车站安全影响研究[D]. 包宸豪.北京交通大学 2016
[2]北京某深大基坑工程紧邻既有地铁车站风险分析与控制研究[D]. 郭晓欢.北京交通大学 2016
[3]基坑开挖引起的变形及对邻近建筑物的影响[D]. 刘睿.北京交通大学 2015
[4]北京某基坑工程邻近既有地铁车站影响及施工控制研究[D]. 孙夫强.北京交通大学 2014
本文编号：3407253
【文章来源】：岩石力学与工程学报. 2020,39(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
锦城广场站开挖卸载力学受力Fig.4Layoutofexcavationzoneandforcedistribution(b)锦城广场站开挖卸载力学受力示意
第39卷第10期王志杰等：基于强近接大型基坑单侧开挖卸载既有车站变形理论研究2135H+q开挖卸载wqH(b)锦城广场站开挖卸载力学受力示意图图4锦城广场站开挖卸载力学受力Fig.4Layoutofexcavationzoneandforcedistribution3.1基于板壳理论的力学模型3.1.1三维计算模型构建根据设计资料及现场调研(见图5)，对于既有18号线车站主体结构，南北两端上部结构采用斜支撑约束，下部围护桩插入地层，受土体约束；车站主体中间结构围护桩深入土体，可简化模型边界条件为南北两端简支约束，车站底部固定端约束如图6(a)所示，本文将既有车站结构考虑为厚度为车站宽度(D)的板单元，基于板壳理论的计算模型如图6(b)所示，模型边界考虑为一对边简支，第三边自由，第四边固支。围护桩结构格构柱18号线斜支撑(号线端)2918号线斜支撑(号线端)29图518号线车站斜支撑约束Fig.5Constraintsoninclinedsupportofline18station3.1.2基于板壳理论的位移解如图6(b)所示，在均匀分布荷载作用下，由薛大伟等[24-25]可假设总挠度由下式中两部分位移组成：12(1)简支结构底部固定端H+q土体荷载开挖卸载简支约束(a)计算模型三维示意图yHLqx底部固定端顶部自由边一对边简支车站结构(b)计算模型平面示意图图6基于板壳理论的力学模型Fig.6Mechanicalmodelbasedonplateandshelltheory式中：1为承受均匀载荷q、长度为L的简支条板的挠度，它可用级数表示：415541πsinπmqLmxGmL(m=1，3，5，…)(2)式中：G为板的抗弯刚度，由板的弹性模量0E(E)、
2136岩石力学与工程学报2020年形，左侧墙受力变形导致右侧墙发生同步位移，右侧墙变形携带左侧墙移动，变形上存在一致性，因此考虑车站结构简化为刚度等效的板结构厚度截面，弹性模量的转换采用等效刚度法计算：stst00EIEI(4)式中：stE，stI分别为实际车站结构弹性模量和抗弯惯性矩；0E，0I分别为折算后的等效弹性模量和等效抗弯惯性矩。刚度等效示意如图7所示。HHDD图7等效刚度计算示意图Fig.7Calculationdiagramofequivalentstiffness2由级数式表示：2πsinmmmxYL(m=1，3，5，…)(5)其中，4πππcoshsinhmmmqLmymymyABLYLLGπππsinhcoshmmmymymyCDLLL(6)边界条件：当x=0和L时，有2200x，(7)当y=0时，有00y，(8)自由边的边界条件为222233320(2)0yHyHyxyxy(9)由S.Timoshenko和S.Vorowski[25]可知，根据边界条件可求解得到：554πmAm(10a)25524[(3)(1)cosh2coshπ(1)sinh(1)]/[(3)(1)mmmmmvmB2222cosh(1)(1)]mm(10b)5524[(3)(1)sinhcosh(1+)πsinh(1)cosh(1)]/mmmmmmmmC2222[(3)(1)cosh(1)(1)]mm(10c)mmDC(10d)π/mmHL(10e)而本文所考虑的边界条件为土体荷载，梯形荷载形式见图6(a)，故将分布荷载q由线性荷载H(1y/H)q代替，换算之后车站整体结构的侧向变形形式为4554[
【参考文献】：
期刊论文
[1]软土深基坑与邻近地铁车站相互变形影响分析[J]. 程玉兰,王毅红. 城市轨道交通研究. 2019(09)
[2]后建车站基坑开挖及区间近距离下穿既有车站安全技术措施研究[J]. 高玄涛. 贵州大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]新建地铁车站近接施工对既有地铁车站稳定性的影响研究[J]. 陈先智,黎忠,刘道炎. 工程技术研究. 2018(15)
[4]邻近新建地铁车站的深基坑工程的变形分析[J]. 邓旭,郑虹,宋昭煌,王静. 地下空间与工程学报. 2018(S1)
[5]北京市轨道交通基坑工程地表变形特性[J]. 吴锋波,金淮,朱少坤. 岩土力学. 2016(04)
[6]基坑不同施作顺序引起邻近车站变形对比分析[J]. 向贤华. 铁道工程学报. 2015(12)
[7]基坑开挖对邻近既有隧道变形影响范围的数值分析[J]. 林杭,陈靖宇,郭春,柳群义. 中南大学学报(自然科学版). 2015(11)
[8]基坑开挖对近接地铁车站的影响规律研究[J]. 郭典塔,周翠英. 现代隧道技术. 2015(01)
[9]邻近地铁车站的基坑开挖基于FLAC3D数值模拟[J]. 任伟明,彭丽云,刘军. 岩土工程学报. 2013(S2)
[10]临近既有地铁车站的基坑变形性状研究[J]. 朱炎兵,周小华,魏仕锋,谭勇. 岩土力学. 2013(10)
博士论文
[1]地铁车站基坑施工对邻近建筑物影响的研究[D]. 吴朝阳.湖南大学 2015
硕士论文
[1]双侧深大基坑邻近既有地铁车站安全影响研究[D]. 包宸豪.北京交通大学 2016
[2]北京某深大基坑工程紧邻既有地铁车站风险分析与控制研究[D]. 郭晓欢.北京交通大学 2016
[3]基坑开挖引起的变形及对邻近建筑物的影响[D]. 刘睿.北京交通大学 2015
[4]北京某基坑工程邻近既有地铁车站影响及施工控制研究[D]. 孙夫强.北京交通大学 2014
本文编号：3407253
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