临近地铁深基坑开挖方案研究

邻近地铁基坑开挖会引起地铁结构变形,影响地铁运营安全。本文以某紧邻地铁车站大型基坑工程为背景,采用三维有限元数值分析的方法,模拟了基坑开挖施工的整个过程,分析了基坑开挖对地铁车站和区间隧道变形的影响。在此基础上,对支护方案进行了优化,并用三维有限元数值计算的方法对不同方案进行了对比分析。结果表明,增加围护结构的深度和抗弯刚度均能有效减小基坑开挖引起的地铁结构变形。其中,增加围护结构抗弯刚度对约束地铁车站和区间隧道的水平变形作用更明显;增加围护结构深度对减小地铁车站和区间隧道沉降的作用更加明显。     

软土地铁车站结构及隧道的三维地震响应分析

建立了软土地铁车站结构及相邻隧道的三维计算模型,研究了其三维地震响应规律,确定了结构的薄弱部位及地震荷载引起结构内力的增幅,分析了隧道对车站结构内力的影响。研究表明：①在距离车站结构端墙1.5倍车站结构横向宽度的横截面,可按平面应变问题分析;②车站结构受力较大的部位有：上柱上端与板结合处、底板跨边与侧墙结合处、底板中跨跨中及车站结构的前端墙;③地震荷载对柱端弯矩的影响最大;④区间隧道的存在削弱了车站结构前后端墙的整体抗震性能。研究成果可为地铁车站结构及隧道的抗震设计提供参考。     

软土-基岩条件下地铁车站施工间歇期的结构变形监测与分析

针对软土-基岩条件下地铁车站施工间歇期的结构变形监测与评价中存在的不足，将布拉格光纤光栅传感技术应用于车站施工间歇期的结构变形监测中。以深圳某地铁车站为例，将光纤传感器安装在车站主体结构上，远程自动化获取结构在施工间歇期的变形信息。监测结果表明：软土-基岩地基的主体结构在施工间歇期存在一定程度变形，监测期间车站底板的最大应变为62με，车站地下二层的墙柱结构最大变形为249με，位于软土-基岩分界面附近的墙柱结构同时受到剪切和压缩应力的影响，表明软土-基岩地基的车站设计应分别考虑底板和底层墙柱的抗弯和抗剪。     

纵横波时差耦合作用下地铁车站地震响应分析

以北京实测地震波作为输入,运用二维显示有限差分程序对北京地区常见的3层3跨矩形断面结构地铁车站进行了动力模拟分析,探讨了纵横波时差耦合作用下车站结构加速度、位移放大效应及动应力变化规律。计算结果表明地震纵横波时差耦合作用导致浅埋地铁车站结构受力变形过程为:首先纵波作用使得结构产生较大的竖向加速度,导致结构产生一定的正应力;继而纵横波时差耦合作用使得结构产生较大的水平加速度,此时结构内力达到最大,容易使得结构产生较大的拉应力;最终随着地震动力作用逐渐减小至消失,结构内力减小,恢复稳定。在地震动力作用下,地铁车站侧墙、中柱等结构的加速度自下而上均发生放大效应,且竖向加速度的放大程度远高于水平加速度。因地震纵波产生较大的竖向加速度,并且具有较强的放大效应,需重视距离震源较近地区的地下结构竖向抗震性能;而纵横波时差耦合作用下,结构的内力往往能达到最大值,是地下结构发生破坏的主控因素。      

考虑围护摩阻力的地铁车站结构抗浮安全设计

在地下结构抗浮设计中,较少考虑侧壁摩阻力的作用,对于侧摩阻力的的计算方法也不够明确。抗浮安全系数目前尚无统一规定,主要参照类似工程实践经验确定。在宁波轨道交通工程福庆路站抗拔桩静载试验的基础上,以地铁车站结构为研究对象,经过试验分析,对地下车站结构设计中侧壁摩阻力大小进行计算,进而考虑抗浮安全性对车站结构的临界宽度进行计算,可为地铁车站设计提供指导。     

框架式复合初支在暗挖施工中的应用

CRD工法暗挖大断面,马头门部位变形往往最大,需对结构体系进行补强,常见作法规纳有三：分别为施作二衬法、复合初支法、贴口环梁补强法。分析了以上三种方法的优缺点及适用性,提出了框架式复合初支的概念。基于地铁某车站,对采用框架式复合初支的暗挖结构进行了荷载一结构模型及地层模型有限元分析,从强度、变形及风险预测等方面论证了此种加强措施的可行性。     

软弱饱和土夹层对地铁车站地震响应的影响分析

震害调查表明,当地下结构处于非均匀场地、软土层或在结构侧边存在软土夹层等复杂地质环境条件时,地下结构更易遭到损坏。因此,将对含有软弱饱和土夹层场地中地铁车站的地震响应进行分析。结合已有的单相介质和流体饱和多孔介质动力分析的显式有限元方法,考虑了土层中存在软弱夹层的情况,把软弱夹层模拟为流体饱和多孔介质,建立了适用于含软弱饱和土夹层场地中地铁车站结构地震响应分析的有限元方法;进行建模数值计算,分别给出了3条具有不同频谱特性的实际地震记录以P波形式入射下地铁车站结构关键位置的地震动响应,并分析了软弱夹层的位置、厚度等因素对地铁车站结构地震动响应的影响。分析结果表明,软弱夹层对地铁车站结构地震动响应具有非常不利的放大作用,且当软夹层位于地铁车站中部时,放大作用最不利。     

邻近基坑开挖的运营地铁车站结构安全度分析

为保证既有地铁车站的正常运营和地下车站结构的安全,在邻近基坑开挖过程中就需要严格控制运营地铁车站结构的变形。结合上海某邻近基坑开挖的运营地铁车站,运用叠加原理,采用有限元荷载结构法和强制位移法,分别按照裂缝控制和强度控制来对车站标准段结构的稳定性及其允许变形进行分析和反算,为基坑施工提供车站结构变形的控制标准     

动力法计算振冲碎石桩桩体压缩模量

振冲碎石桩为散体结构,所形成的复合地基受垂直荷载后的变形较刚性桩复合地基要大,为研究振冲碎石桩复合地基的沉降规律,建立振冲器动力性能指标与碎石桩桩体强度的关系。根据压缩模量概念,结合振冲桩制桩工艺,建立桩体压缩模量与振冲器激振力、施工中的加密段长、加密电流及留振时间的关系式-动力法。采用动力法和载荷试验法所得的压缩模量在沉降量计算中进行对比,结果与按实际观测推算值的偏差均小于10%。     

非埋式桩板路基动力特性原位激振试验研究

非埋式桩板结构嵌入路基形成刚性路基结构体系,导致路基结构动态性能发生较大的变化,因此,有必要对其进行专门的原位激振试验研究。利用DTS-1动力试验系统,对郑西客运专线桩板路基试验段进行原位激振试验,测定路基各断面的振动响应、结构内力和累积沉降等,分析非埋式桩板路基的振动特性和动力稳定性。结果表明,非埋式桩板路基在激振频率范围内未发生共振现象,且具有良好的长期稳定性;桩板结构累积沉降主要是由承载板变形引起的,加载75×104次后基本上趋于稳定,加载100×104次后最大累积沉降为1.0 mm;非埋式桩板路基综合动刚度与板厚、跨度、桩基和桩周土等有关,由桩板结构、路堤和地基构成的刚性路基结构体系具有良好的振动特性和长期动力稳定性。     

地铁车站基坑围护结构变形监测与数值模拟

以某城市大型地铁车站基坑为研究背景,对基坑围护结构及其变形监测方案进行了设计,并对基坑围护结构变形的现场监测数据进行了分析,重点分析了基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律。建立了弹塑性有限元模型,并对地铁车站深基坑开挖进行施工仿真模拟计算,将获得的围护结构变形结果与监测结果进行了对比分析,再引用多种围护形式对基坑变形进行敏感性因素分析。结果表明：钢支撑+围护桩的围护形式对基坑土体的侧向变形有较好的限制作用,有限元数值计算结果与现场实测结果比较一致,有限元计算的结果是可信的,改变钢支撑的施作位置对限制基坑的侧向变形有重要作用。随着围护桩入土深度的增大,土体向基坑内侧变形的趋势有所减缓。     

盾构扩挖地铁车站结构地震反应特性振动台试验

开展了近远场地震动作用下盾构扩挖地铁车站结构的振动台试验,分析了砂土模型地基的水平位移、地表变形、加速度、土压力反应及模型结构的加速度、应变等。结果表明：模型地基-结构体系的地震响应对中低频成分发育的地震波反应更为强烈;强震作用下地铁车站结构具有明显的空间效应,地下结构的存在将会改变模型地基表面变形的分布模式。小震时模型结构中柱的加速度反应自下而上逐渐增加,而大震时其反应规律变成先增大后减小;车站结构中板的加速度反应最大、底板次之、顶板最小;小震时,同等深度处模型结构的加速度反应与模型地基土的加速度反应大小相当,侧墙的动土压力自下而上逐渐增大;大震时,模型结构的加速度反应明显大于同深度处模型地基土的加速度反应,动土压力的最大值发生在扩挖隧道的拱肩和中间部位。基于震后模型结构的宏观现象和拉应变幅值,给出了砂土地基中盾构扩挖车站结构的地震损伤演化机制。     

微倾斜场地中地铁地下结构周围地基液化与变形特性振动台模型试验研究

强震中场地砂土液化产生的土层侧移对地面建筑结构和地下生命线工程造成了严重的破坏。可以预见,微倾斜液化场地的土层侧移也将对地铁地下结构的地震安全造成严重的威胁。鉴于此,开展了微倾斜（倾角为6o）可液化场地中两层三跨地铁地下车站结构与区间隧道连接部位地震反应的大型振动台模型试验研究。结果表明：微倾斜可液化场地中地铁车站结构两侧地基出现了明显的非对称液化分布特征,坡体下方水平土层比上方水平土层更易液化;因坡体内土体液化沿坡向下流滑引起了下方水平土层发生了明显的地面抬升,总体上坡体段内的地面侧移量最大,下方水平土层地面侧移量次之,坡体上方水平土层地面侧移量最小。同时,在试验过程中也发现,隧道和车站结构之间发生了明显的差异上浮,可能会造成连接部位附近结构的应力集中或加重该部位的地震破坏。     

软土场地地铁车站结构地震反应特性振动台模型试验

作为地铁车站结构地震破坏机制大型振动台系列模型试验之一,开展了近、远场强地震动作用下软弱粉质黏土场地框架式地铁车站结构体系的大型振动台模型试验。测试分析了模型地基的加速度、孔压、地表震陷和模型结构的加速度、应变、水平位移反应等。结果表明：地震波在模型地基的传播过程中呈现出自下而上低频增大、高频减小的现象;强地震动作用下模型地基的基频明显降低,呈现出明显的低频聚集（放大）、高频滤波效应;模型地基的孔压比增长较小,在不同特性地震动作用下模型地基孔压比的发展过程存在较大的差异,并显示出显著的空间效应;近、远场地震动作用下模型地下结构的加速度反应存在明显差异,模型地下结构对软土地基地震动加速度反应的影响具有显著的空间效应;模型地下结构相对变形小、未出现明显上浮现象,地震动频谱特性对其侧墙的变形模式和大小存在显著的影响;模型结构中柱为地震损伤最严重部位;模型结构整体损伤情况较轻、处于非破坏状态。     

Characteristics of deformation of saturated soft clay under the load of Shanghai subway line No. 2

Shanghai subway Line No. 2 passes through the center of Shanghai from Songhong Road station in the west to Zhangjianggaoke station in the east. The total length of Shanghai subway Line No. 2 is 25 km. The tunnel mostly lies in the saturated soft clay and the environment issue can not be ignored. The response frequency and response stress of soil around the tunnel are monitored when the subway train passes through. The cyclic triaxial test of the saturated soft clay around the subway tunnel is conducted using the data monitored. The characteristics of deformation of the saturated soft clay of Shanghai under the subway load are analyzed. The results show that when the subway train Line No. 2 begins to run, a small and vertical rebound first occurs in the saturated soft clay at the side wall of the tunnel. Although a large deformation does not occur in the saturated soft clay at the side wall of the tunnel when the subway train has run for a period of time, yet with the lapse of time, a perceptive and non-uniform deformation will still occur. The vertical rebound is transitory and a plastic deformation occurs immediately in the saturated soft clay at the bottom of the tunnel, the large deformation at the bottom of the tunnel is 30 times that of the saturated soft clay at the side wall of the tunnel. An erratum to this article can be found at     

森林公园地铁车站深基坑变形规律有限元分析

以北京地铁奥运支线森林公园车站南基坑为工程背景,采用有限元法研究了影响地铁深基坑围护结构变形的主要因素,预测了围护结构的变形,完成了监测方案设计,进行了深基坑变形规律现场监测研究。结果表明,森林公园车站南坑基坑围护结构监测方案可行,有限元计算得到的桩体水平位移与现场监测结果基本一致,建议的采用分层分小块的基坑土方开挖法是减小时空效应的有效施工方法,钢支撑对减小围护结构变形和弯矩十分有利。     

基于蠕变效应的穿越隧道冻结帷幕开挖与支护三维数值模拟

人工冻结帷幕具有显著的蠕变效应。以上海地铁隧道穿越某正运营车站底板施工段为例,将冻土帷幕当作蠕变材料,隧道内土体及上部结构当作弹性介质,与冻结帷幕外围及结构其它部分相作用的土体当作土弹簧处理,运用大型通用MARC有限元程序,对隧道冻结帷幕开挖与支护的时间效应进行了详细地分析,并与实测数据进行比较,说明该种分析方法是可行的。缩短冻结帷幕暴露时间和采用分台阶开挖方式有利于提高车站底板、冻结帷幕和支护结构的稳定性。     

内支撑结构基坑的空间效应及影响因素分析

具有内支撑结构的围护系统在基坑边角处具有更大的系统刚度,使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移,即基坑的变形问题表现出空间特性。为了更好地研究L/He（L为沿基坑纵向方向上的距离;He为开挖深度）、开挖深度等因素对空间效应的影响,量测了两个狭长形地铁车站深基坑不同位置处土体的侧向位移、土体沉降等。通过对现场监测资料的分析发现,边角效应能够减小侧向位移的平面应变比,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构和地下连续墙在边角附近处的平面应变比(PSR)分别为0.50、0.61和0.72。当平面应变比(PSR)接近于1.00时,对应的L/He值分别为2.50、6.00和4.00。随着L/He值的增大,土体的纵向最大沉降呈先增大后保持稳定的趋势。随开挖深度的增加,边角效应的影响范围呈增大的趋势。在基坑纵向沉降的空间效应中,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构的土体最大沉降值达到稳定时对应的L/He值分别为2.50和5.20。土体沉降和侧向位移的空间效应有一定的相关性。