基于流固耦合的地铁深基坑地下水渗流影响及变形控制技术研究

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近年来我国各城市地铁建设方兴未艾,山西省太原市正处于地铁建设发展时期,目前已经建成并运营一条线路,一条线路正在建设,更多线路也提上了日程。在地铁建设中,地体车站的建设也是其中重要的一项内容,而地体站建设必定涉及深基坑工程。由于太原目前地铁线路较少,在太原地区特殊的工程地质及水文地质情况下进行地铁基坑降水开挖时,可供参考的实例较少,所以有必要对太原地区地铁深基坑工程所面临的地下水及变形控制等问题进行专项研究。本文依托太原地铁二号线某车站附属基坑工程,利用现场监测与数值模拟相结合的方式,重点研究了地铁基坑降水开挖过程中地下水渗流规律及基坑围护结构、基坑外土体和坑底土体的变形规律,并对该基坑围护结构进行了优化分析,主要得出了以下结论:(1)随着基坑的开挖,围护结构的变形曲线由悬臂型转变为弓形,其变形是开挖与地下水渗流共同作用的结果,且随着开挖的进行,渗流的作用效果逐渐减弱;地表土体的最大沉降位置也随着基坑开挖而逐渐远离基坑,最大沉降位置距基坑0.6倍~0.7倍开挖深度处;在造成坑外土体沉降的因素中,降水作用效果不容忽视,其引起的沉降量要占到开挖与降水总沉降量的70%以上;坑底土体隆起随着开挖的进行,由凸形变为马鞍形;钢支撑的轴力随着基坑开挖先增大后减小,最后趋于稳定。(2)在降水过程中,地表沉降随土体弹性模量的增大而先迅速减小后缓慢减小、随土体渗透系数的增大而先快速增大后缓慢增大、随坑内降水深度的增大而线性增大、随着止水帷幕的加深而先迅速减小后缓慢减小。当采用回灌控制土体沉降时,回灌井可以设置在距离被保护建筑较近处。(3)研究了围护结构宽度、围护结构深度、预应力值大小、钢支撑的纵向间距对基坑变形的影响,结果显示,围护结构等效宽调整为设计值的1.3倍~1.5倍、预应力值扩大2倍、钢支撑的纵向间距调整为4米均能有效控制围护结构变形和地表沉降。
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