地铁深大基坑变形分析

复杂环境下深基坑施工变形预测提供了技术途径。

[57] 西安地铁车站深基坑变形规律现场监测与FLAC模拟研究

摘要：地铁车站深基坑围护结构设计及其稳定性分析是地铁建设中的关键课题之一，开展西安地铁深基坑变形规律理论与监测的研究对指导西北地区深基坑信息化施工具有重要价值。本文以南门车站深基坑工程为背景，采用理论分析、现场监测和数值模拟相结合的方法，对西安地铁车站深基坑变形规律进行了研究，主要内容和结论如下：(1)分析了地铁车站深基坑变形的主要影响因素，研究了深基坑的变形机理及围护结构的破坏模式。研究表明，水文地质条件、基坑规模及土压力值、设计方案、施工方法与组织的合理性以及基坑渗流对深基坑变形影响较大；深基坑的变形主要包括三个部分：墙体变形、基坑底部隆起和周围地表沉降；破坏模式主要有弓形变形模式、深埋式变形模式、前倾型变形模式、踢脚型变形模式四种。(2)完成了深基坑不同围护方案的比较与选型论证，给出了地铁南门车站深基坑围护结构的设计方案，并重点对围护桩和钢支撑进行了初步设计。(3)制定了深基坑施工监测方案，并完成了现场监测工作。着重分析了围护桩的变形、钢支撑轴力变化和基坑周围地表沉降的规律。结果表明，桩体位移是围护结构变形特性的直接反映，而钢支撑对基坑变形有明显的限制作用。分析显示，围护结构设计方案基本合理，监测方案可行。(4)运用FLAC3D软件对深基坑开挖过程进行了三维仿真模拟，给出了五种开挖工况下基坑位移、桩体侧移和基坑周围地表沉降的规律，计算结果和监测结果比较吻合；同时分析了西安地区黄土湿陷性对深基坑变形的影响，结果表明，随着黄土粘聚力增大，基坑变形量有所减小。

[58] 深软场地地铁车站深基坑开挖变形实测分析

摘要：对某大型地铁车站深基坑开挖过程中的软弱场地变形监测结果进行了统计分析，对基坑开挖引起的地面沉降、墙体水平位移和立柱桩体沉降的时空变化规律进行了整体分析，尤其是对不同基坑开挖深度对基坑变形速度的影响规律进行了总结。相关的结论和建议对城市软弱地基内地铁车站深基坑的变形监测方案设计、施工组织设计和施工安全控制等都具有一定的参考价值和指导意义。研究结论：(1)在深软场地深基坑开挖完成后地铁车站主体结构施工过程中拆撑可能造成地面的沉降比基坑开挖过程中产生的累积沉降还要大，应加强地铁主体结构施

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工过程中地面的沉降观测；(2)基坑侧壁水平累积位移与每次开挖土层厚度及其土层性质关系密切，随着开挖土层埋深的增大，基坑侧壁水平累积位移累积速度明显加快；(3)当基坑开挖深度有较大差异和基坑底部土层厚度分布极不均匀时，应考虑验算立柱桩的差异沉降；(4)软弱场地深基坑工程开挖引起的场地变形时空效应非常明显，随着开挖的进行,应沿纵向按限定长度逐段开挖，在每个开挖段分层、分小段开挖。

[59] 深基坑施工引起周围土体位移监测分析

摘要：论文以成都天府广场下穿隧道为工程背景，从深基坑施工引起土体位移变形的因素及机理入手，主要通过基坑降水、基坑开挖及围护结构三个方面分析了基坑周围土体变形的特点，提出了施工监测的必要性和重要性；对隧道开挖引起的地表沉降、地中倾斜和边坡水平位移等做了研究分析，并用灰色系统方法、双曲线拟合法、指数曲线拟合法及皮尔曲线拟合法进行了预测和评价，提出了指数平滑法预测，且比较了这几种预测方法的适用性及其特点；并根据某一断面进行数值模拟分析，总结了基坑变形的规律。经过对大量的监测数据研究分析，结果表明：在基坑开挖初期，地表沉降、地中倾斜和边坡水平位移值均较大，随着支护工作的完成，变形逐渐平缓趋于稳定，暴雨天气会引起变形的陡然加剧；在基坑开挖初期，地中倾斜与深度之间存在较好的一元线性关系，随着基坑的开挖呈现出抛物线和对数关系；地表位移以沉降为主。在基坑监测中，由于该工程的特殊性，使得灰色系统预测方法受施工工序和时间因素影响较大，随着预测时间的推移，其预测精度有所降低，建议采用指数平滑法及其它方法预测。通过对深基坑K0+500断面的数值模拟分析，结果表明：基坑在边角处的空间效应较强，而在中部空间效应较弱；基底中间区域的回弹量较大，基坑坑底的最大隆起量不在基坑中心点处，而在基坑中心点一环形区域内，表现出明显的空间效应；随着土体的不断开挖，基坑边坡水平位移逐渐增大，并迅速超过上一工况的位移值；随着开挖深度的变大，水平位移变化也逐渐增大，且从开挖开始至整个支护过程结束为止，边坡水平位移最大值的位置逐渐下移，其最终位移的最大值落在基坑中上部附近位置；基坑周围地表沉降分布呈凹槽形，基坑坑边处的沉降并非最大，距坑边3～5m处沉降最大；且距坑边越远，沉降越小，到距坑边30m后仍有沉降，但沉降量相对较小。

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[60]基坑施工时地面沉降的分析与估算

摘要：在基坑施工阶段为了基坑和周边设施的安全，须对基坑周边地面沉降监测作总体性分析。提出用三次样条曲线拟合法获得地面沉降函数，然后比较函数的相似性，建立地面沉降网络，由此可求得地面各点的沉降值，从而克服测点的局限性，达到对基坑周边地面沉降进行全面分析的目的。

2 研究现状

Peck(1969)对钢板桩和排桩临时支护的基坑工程现场监测数据的分析，认

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为地表沉降量主要受场地地质条件的控制，并绘制出了地表沉降量与基坑开挖深度H比值和墙后离墙体距离与基坑开挖深度H比值之间的关系曲线。

O'Rourke(1981)[2]通过对基坑工程的实测数据的分析，得出了基坑在施工过程中围护结构的位移影响因素以及墙外土体的位移，并认为墙外的位移是由围护结构的位移引起的。结论如下：①开挖前的施工措施比如说；降水、围护结构的施工、深基础的建造对墙后土体位移有较大的影响；②开挖中，分层开挖时一次开挖的深度、加撑的及时程度、支撑的刚度对墙体位移形式的影响造成的墙后土体水平位移与竖向位移比值的变化。进而得出预压轴力的施加、及时施加支撑、控制支撑下开挖深度和合理的利用留土对控制墙外土体位移很重要的结论。

Gordon T.C. Kung[3]等通过研究，随着个人电脑的可用性和软件的发展，人工神经网络正日益成为一个派生数据驱动预测模型的工程工具。发达国家的人工神经网络可以很容易地实现在实际应用中的电子表格模块，但关于是否采用一个简单的神经网络或更复杂的神经网络方面的还很少，发展人工神经网络还必须与实际情况进行验证。他研究的这种纸质文件用于预测在软介质粘土基坑开挖的最大墙偏转的一个人工神经网络的发展和验证

Chungsik Yoo[4]等通过对拉德的双硬化模型的研究，对所采用的有限元模型的适当性进行了验证，利用现有的现场仪表数据。再将重点放在地面运动参数研究对深基坑的有限元模型。在对参数研究的基础上，提出预测深基坑开挖引起的地面运动谱的方法，其中最重要的是在邻近结构损伤评估。

Hashash和Whittle(1996)[5]采用二维非线性有限元法分析了一系列算例，并研

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究了墙体入土深度，支撑条件和土体应力历史对软粘土中基坑支护结构变形的影响。算例主要研究随着基坑开挖深度的增加，墙体侧向位移、地层沉降和墙体最大弯矩的变化，为设计人员估算基坑地面沉降提供了很好的参考依据。

唐孟雄、赵锡宏[6]提出了按正态分布密度函数计算深基坑开挖引起的地表沉降值的公式，并推导出求地表沉降的有关参数的公式。计算结果表明：此计算方法精度较高，对地表沉降和变形预测有较强的实用性。

谭跃虎、吉同筠(1995)[7]用有限元法分析了开挖深度、抗隆起安全系数、围护墙刚度以及土体不排水抗剪强度等因素对墙体侧向位移的影响，提出了预测基坑围护结构侧向水平位移的计算公式。

俞建霖、赵荣欣、龚晓副(1998)[8]用有限元法首先就软土地基基坑开挖过程中，影响周围地表最大沉降量的几个因素进行了系统的分析，探讨了开挖对地面最大沉降的影响规律，此外还分析了基坑被动加固区的深度和宽度变化对基坑变形的影响。

李云安、葛修润、张鸿昌(2001)[9]在自制深大基坑工程变形控制优化设计及其有限元数值模拟系统（SDCDEFEM）的基础上，重点对影响基坑变形的各因素进行了有限元数值模拟分析，并对实测和计算的基坑周边最大沉降、支护结构最大水平位移和坑底最大隆起及其位置进行了统计分析，得出了简明估算基坑最大变形及其位置的统计关系式，提出了经济有效的变形控制对策。

俞建霖和龚晓南(2002)[10]用空间有限单元法研究了基坑开挖过程中围护结构变形、周围地表沉降、基坑底部隆起的空间分布以及影响围护结构变形的主要因素，并通过杭州市某基坑开挖的工程实例验证了有限元分析模式的合理性。

罗战友、刘薇、夏建中(2006)[11]以弹性地基梁法为基础建立了基坑的有限元模型，利用得到的模型分析了坑内土体的加固深度及程度对围护结构变形的影响。结果表明：围护结构的位移随加固深度及程度的增大而减小，且存在着临界加固深度。因此，合理地确定加固深度及程度既能保证基坑安全，又能够节省工程造价。

秦爱芳(2008)[12]以卸荷试验为基础，根据直剪试验中受卸荷影响最大深度、常规固结试验中的强回弹深度、K0固结试验中的侧压力变化较大，提出了上海软土地区基坑工程中被动区土体的合理加固深度，并针对上海软土地区建议加固深度取为0.3H-0.5H，而大于0.5H是不经济的。

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