基坑支护工程对地铁的影响评估（26页）

1、北辰基坑支护工程对长沙市轨道交通1号线的影响评估北辰基坑支护工程对长沙市轨道交通1号线的影响评估北京中岩大地工程技术有限公司目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc429833981 1 概述 PAGEREF _Toc429833981 h 1 HYPERLINK l _Toc429833982 1.1 项目概况 PAGEREF _Toc429833982 h 1 HYPERLINK l _Toc429833983 1.2北辰区基坑支护与长沙轨道交通1号线关系 PAGEREF _Toc429833983 h 2 HYPERLINK l _Toc429833984

2、1.3分析计算依据及参考资料 PAGEREF _Toc429833984 h 4 HYPERLINK l _Toc429833985 1.4 主要工作内容 PAGEREF _Toc429833985 h 5 HYPERLINK l _Toc429833986 1.5 拟获得的直接成果 PAGEREF _Toc429833986 h 5 HYPERLINK l _Toc429833987 2 工程地质概况 PAGEREF _Toc429833987 h 6 HYPERLINK l _Toc429833988 2.1场地各层岩土的构成与特征 PAGEREF _Toc429833988 h 6 HY

3、PERLINK l _Toc429833989 2.2水文地质条件 PAGEREF _Toc429833989 h 7 HYPERLINK l _Toc429833990 3 数值分析 PAGEREF _Toc429833990 h 8 HYPERLINK l _Toc429833991 3.1 计算分析软件 PAGEREF _Toc429833991 h 8 HYPERLINK l _Toc429833992 3.2 计算分析模型 PAGEREF _Toc429833992 h 8 HYPERLINK l _Toc429833993 3.3 数值模拟结果 PAGEREF _Toc429833

4、993 h 11 HYPERLINK l _Toc429833994 3.3.1南端（埋深20m） PAGEREF _Toc429833994 h 11 HYPERLINK l _Toc429833995 3.3.2中间部位（埋深16.5m） PAGEREF _Toc429833995 h 15 HYPERLINK l _Toc429833996 3.3.3北端（埋深13m） PAGEREF _Toc429833996 h 19 HYPERLINK l _Toc429833997 3.4 本章小结 PAGEREF _Toc429833997 h 23 HYPERLINK l _Toc42983

5、3998 4 结论与建议 PAGEREF _Toc429833998 h 24北辰基坑支护工程对长沙市轨道交通1号线的影响评估 第 PAGE 24 页 共24页北京中岩大地工程技术有限公司1 概述1.1 项目概况拟建北辰场地位于长沙市开福区新河三角洲。本项目东侧黄兴北路，南侧为晴岚路，西侧为紫凤路，北侧为栖凤路。黄兴北路下方为长沙市轨道交通1号线一期工程（汽车北站开福寺站段），现完成盾构施工。项目整个地块呈四边形，东西长170230m，南北长约290m。规划用地面积约62966.41m2，建筑面积457252.85m2。地下室开挖标高即垫层底标高为-4.200m，楼座基底标高为-7.0-8.5

6、m。本工程0.000m相当于绝对标高33.000m。现场地经初步整平，地面高程介于32.0033.20m。基坑重要性安全等级为二级。图1-1 拟建场地位置示意图拟建建筑物为高层住宅9栋，结构类型为剪力墙结构；一层整体地下室及架空车库，结构类型为框架剪力墙结构，结构类型为框架结构。基础拟采用桩基础。设计室外地坪标高为33.00m。拟建建（构）筑物概况详见表1-1。表1-1拟建建（构）筑物概况 建（构）筑物名称地上层数地下室或地下设备设计地坪标高（0.00m）（m）建（构）筑物高度（m）结构类型1#3#，8#9#栋高层住宅45层1层局部2层33.00138.2剪力墙结构4#7#栋高层住宅55层1层

7、33.00167.2剪力墙结构地下车库1层1层局部2层33.006.0框架剪力墙结构1.2北辰区基坑支护与长沙轨道交通1号线关系北辰三角洲项目 区基坑支护工程与长沙轨道交通1号线的位置关系如图1-2所示：图1-2北辰 区基坑支护工程与长沙市轨道交通1号线的平面位置关系长沙轨道交通1号线与北辰三角洲项目 区基坑支护工程相邻段纵向剖面如图1-3所示：图1-3长沙市轨道交通1号线与北辰 区基坑支护工程相邻段纵向剖面图北辰区基坑支护方案为：土钉墙支护，车库周边坡率为1:0.75，楼座区域为1:0.5。坡面喷射0混凝土，内设钢筋网。基坑支护平面图如图1-4所示：图1-4 基坑支护平面图与长沙市轨道交通1

8、号线相邻的剖面为4-4剖面，其支护情况为：采用土钉墙进行支护，土钉墙坡率为1：0.75，成孔直径100mm，土钉与水平方向夹角为10；土钉注浆为素水泥浆，水泥型号为P.C 32.5，水灰比为0.50.6；土钉墙面板喷射0砼，厚80100mm，钢筋网采用6.5钢筋，网距250250；坡面设置泄水孔，泄水孔水平间距2400mm，泄水孔为50PVC管，长度不小于0.80m；坑顶设置200 x200截水沟、坑底设置300 x300排水沟。具体支护情况如图1-5所示：图1-5 基坑支护4-4剖面图1.3分析计算依据及参考资料（1）岩土工程勘察规范（GB 50021-2001（2009年版）；（2）建筑基

9、坑支护技术规程（JGJ 120-2012）；（3）建筑边坡工程技术规范（GB 50330-2013）；（4）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；（5）长沙市北辰岩土工程详细勘察报告（KC15-071-071），湖南省勘测设计院，2014年4月；（6）北辰新河三角洲规划总平面图，长沙市规划设计院有限责任公司，2011年11月；（7）北辰总平面图，中国电子工程设计院，2015年05月；（8）北辰基坑开挖图，中国电子工程设计院，2015年06月；（9）长沙市轨道交通1号线一期工程开福区政府站北辰三角洲站区间隧道总平面图，中铁第五勘测设计院基团有限公司，2012年2月；（10）长沙市轨道交

10、通1号线一期工程开福区政府站北辰三角洲站区间隧道右线纵断面设计图，中铁第五勘测设计院基团有限公司，2012年2月；（11）长沙市轨道交通1号线一期工程开福区政府站北辰三角洲站区间隧道左线纵断面设计图，中铁第五勘测设计院基团有限公司，2012年2月；（12）长沙市轨道交通1号线一期工程北辰三角洲站围护及主体结构设计图，中铁第五勘测设计院基团有限公司，2011年5月；（13）北辰三角洲C1地块1#、2#栋及基坑施工对浏阳河隧道的影响评估，长沙中大科星土木工程检测有限公司，2014年11月16日；（14）对中铁第四勘察设计院基团有限公司城市轨道与地下工程设计研究院，关于“北辰三角洲C1地块1#、2#

11、栋及基坑施工对浏阳河隧道的影响评估”的意见的答复，长沙中大科星土木工程检测有限公司，2015年1月5日。1.4 主要工作内容计算分析基坑支护施工、降水、开挖等对长沙市轨道交通1号线的影响。1.5 拟获得的直接成果（1）北辰基坑支护的位移情况；（2）长沙市轨道交通1号线于基坑支护施工、降水、开挖期间的位移变化；（3）长沙市轨道交通1号线于基坑支护施工、降水、开挖期间的剪力变化；（4）长沙市轨道交通1号线于基坑支护施工、降水、开挖期间的弯矩变化。2 工程地质概况2.1场地各层岩土的构成与特征根据区域地质资料及本次勘察揭露的地层资料，拟建场地勘探深度范围内揭露的岩土层主要为：杂填土层、第四系冲积层，

12、下伏基岩为第三系泥质砂岩。各地层的野外特征自上而下依次描述如下：（1）杂填土（Q4ml）：杂色，主要成分为粘性土混碎砖、砼块等建筑垃圾，局部夹生活垃圾组成，系近期堆积，结构松散、密实度不均匀，未完成自重固结，局部揭露混凝土块。所有钻孔均揭露该层，层厚2.607.20m，平均3.63m。（2）粉质粘土（Q4al）：褐黄色，可塑硬塑，切面光滑，稍见光泽，干强度中等，韧性中等，摇震无反应，含灰白色斑点及团块，所有钻孔均揭露该层，层厚1.309.80m，平均2.54m，层底标高19.5825.84m。（3）粉细砂（Q4al）：褐黄、灰白色，成分为石英质，含粘性土30%左右，饱和，稍密。共102个钻孔揭

13、露该层，层厚0.405.80m，平均1.57m，层底标高18.1821.97m。（4）圆砾（Q4al）：褐黄色、褐色，湿，稍密中密，砾石主要为石英、砂岩、硅质岩等，亚圆状，粒径2-20mm的约占50%，大于20mm约占15%，最大130mm，砂、粘性土充填，粘性土含量10%，仅ZK59、ZK115钻孔未揭露该层，层厚1.306.50m，平均3.19m，层底标高13.2221.89m。（5）粉质粘土（Qel）：红褐色，硬塑，残积成因，切面光滑，稍见光泽，干强度中等，韧性中等，摇震无反应，共105个钻孔揭露该层，层厚0.52.50m，平均1.23m，层底标高13.2620.29m。（6）强风化泥质

14、砂岩（E）：褐红色，主要矿物成分为石英，长石及粘性矿物，细粒结构，泥质胶结，厚层状构造，大部分矿物风化变质，风化裂隙极发育，岩芯呈土状或碎块状，局部风化不均匀，胶结程度较好，呈短柱状，岩块用手易折断，冲击钻进困难，RQD为2040，岩体极破碎，极软岩，岩体基本质量等级为类。该层连续分布，层厚2.0031.30m，平均19.52m，层底标高-15.8814.94m。（7）中风化泥质砂岩（E）：褐红色，主要矿物成分为石英，长石及粘性矿物，细粒结构，泥质胶结，厚层状构造，部分矿物风化变质，节理裂隙稍发育，多呈闭合状，岩芯较完整，多呈长柱状，少量柱状、短柱状，节理裂隙稍发育，属极软岩，RQD为4050

15、，岩体极破碎，岩体基本质量等级为类。本次勘察最大揭露厚度17.50米。2.2水文地质条件（1）地表水场地西侧临湘江，北侧临浏阳河。湘江长沙地区98年历史最高洪水位为39.18m（吴淞高程，相当于1985国家高程基准36.9m），现湘江防洪大堤按百年一遇的防洪水位设计，一般不会出现溃堤、漫堤等情况，但遇强降雨时应防止发生内涝。场地范围内无其它地表水系，遇强降水时，场地内会有部分地表积水。（2）地下水勘察期间，各钻孔均遇见地下水。本场地地下水分为上层滞水、松散岩类孔隙水和基岩裂隙水三种类型。上层滞水主要赋存于杂填土中，分布不均匀，受大气降水和地表水补给，水量、水位均随季节而变化。松散岩类孔隙水赋存

16、于粉细砂和圆砾层中，受湘江水位水量影响，由于粉细砂和圆砾为强透水层，因此地下水水位受湘江水位影响较大；孔隙水水量丰富，具承压性，由大气降水、地表水、湘江和浏阳河水补给，水位随季节而变化，地下水位变化幅度一般为24米。基岩裂隙水赋存于场地内下伏基岩的裂隙中，其水量大小受岩石节理裂隙的发育程度、发育方向和连通程度控制，变化较大，场地内钻孔遇到该层地下水水量贫乏，且埋藏较深。勘察期间测得上层滞水稳定水位埋深为0.003.20米，相当于标高29.4534.89米；松散岩类孔隙水稳定水位埋深为5.29.20米，相当于标高22.9227.89米。（3）地下水补、迳、排条件及动态特征场地内地下水主要受邻区地

17、下水及大气降水、地表河水渗透补给，向邻区渗流及大气蒸发排泄。（4）渗透性杂填土杂质含量较多，结构松散，可视为强透水层；粉质粘土中粘性土含量较大，可塑硬塑状，可视为相对隔水层；粉细砂、圆砾为强透水层；强风化泥质砂岩和中风化泥质砂岩的富水性不均匀，在构造裂隙密集且连通性好的地段其富水性较好，反之则弱。3 数值分析3.1 计算分析软件本影响评估采用有限元软件MIDAS/GTS。该软件针对结构及岩土问题提供了多种本构模型，具有非线性分析、渗流固结分析、施工模拟等功能，适合于地基基础-上部结构协同作用的计算分析。我公司近年来应用MIDAS/GTS有限元软件进行了很多分析研究，研究问题的范围函括结构工程、

18、岩土工程以及防灾减灾工程。3.2 计算分析模型（1）土层材料模型本模型中土体采用修正的莫尔库伦本构模型（ModifiedMohr-Coulomb）。修正的莫尔库伦本构是在莫尔库伦本构基础上改善的本构模型，适用于各种类型的地基，特别适用于象沙土或混凝土那样具有摩擦特性的材料。修正的莫尔库伦本构用于模拟具有幂率关系的非线性弹性模型和弹塑性模型的组合模型。如图3-1（a）所示，修正的莫尔库伦本构的剪切屈服面与莫尔库伦本构的屈服面相同，压缩屈服面为椭圆形的帽子本构。另外，修正的莫尔库伦本构的剪切屈服面与压缩屈服面是独立的，在剪切方向和压缩方向采用了双硬化模型（DoubleHardening）。莫尔库伦

19、本构的偏平面形状为六边形，在计算顶点的塑应变方向时需要采用特别的数值计算方法。但是如图3-1（b）所示，修正的莫尔库伦本构为了消除分析过程中的不稳定因素，偏平面采用了圆角处理，使计算的收敛性更好。修正的莫尔库伦本构在p-q平面上采用了相关流动法则，在偏平面上采用了非关联流动法则。另外，如图3-1（a）所示，使用p值，移动剪切屈服面可以反映莫尔库伦本构的粘聚力效果。 （a） 在p-q平面 （b）在偏平面图3-1 修正摩尔-库伦模型示意图（2）土体材料参数根据地质勘查报告可以得到土层的分布情况，以及各土层的厚度、重度、饱和重度、粘聚力、内摩擦角和压缩模量等物理力学指标，根据已有研究成果及工程经验和

20、试桩结果将土体的弹性模量定为压缩模量的5倍，变形模量的2倍，卸载模量定为弹性模量的3倍。各土层具体参数见表3-1。表3-1土层参数选取表地层标号名称土层厚度（m）重度（kN/m3）粘聚力（kPa）内摩擦角（）泊松比孔隙比加载弹性模量（MPa）卸载弹性模量（MPa）幂指数静止土压力系数渗透系数（cm/s）杂填土4.318.88100.350.720600.50.835.010-4粉质粘土8.219.918450.30.6932.597.50.50.295.710-5粉细砂0.720.10250.250.6501500.50.586.210-3圆砾5.121.50350.20.6702100.50

21、.434.210-2粉质粘土0.919.818510.30.65451350.50.225.710-5强风化泥质砂岩11.32245230.20.31604800.50.618.010-4（3）结构单元参数表3-2结构参数选取表项目编号名称类型重度（kN/m3)弹性模量E（GPa）泊松比土钉线/桁架602000.2土钉墙坡面线/梁22160.2隧道衬砌线/梁25330.17（4）计算模型的建立因与轨道交通1号线相邻处的基坑开挖深度均为3.7m（以地面平均标高32.5m计算），基坑开挖与隧道的位置相对固定（10.913.4m），仅建立二维模型即可满足计算要求。根据1号线盾构隧道的不同埋深，南端埋

22、深约为20m，北端约为13m，分别对南端（埋深20m）、中间部位（埋深16.5m）、北端（13m）进行模拟。根据地勘报告的水位情况结合施工中的明排降水，在模拟过程中针对不同工况设置水位。按照基坑支护设计图及基坑与长沙市轨道交通1号线的相关图纸建立模型，分为5个工况进行计算分析：工况一：初始阶段，根据地勘建立土层，设置初始水位；图3-2 有限元模型（初始阶段）工况二：盾构施工，建立隧道模型，两个直径6m的圆，边缘为隧道衬砌，厚度300mm；图3-3 有限元模型（盾构施工）工况三：土方开挖1，挖除第一步土体，完成第一道土钉及第一步土钉墙；图3-4 有限元模型（土方开挖1）工况四：土方开挖2，挖除第

23、二步土体，完成第二道土钉及第二步土钉墙；图3-5 有限元模型（土方开挖2）工况五：土方开挖3，完成土方开挖，完成土钉墙施工。图3-6 有限元模型（土方开挖3）3.3 数值模拟结果3.3.1南端（埋深20m）（1）基坑的位移基坑水平向位移和竖向位移分别如图3-7、3-8所示，水平向最大位移为10.22mm，竖向最大位移为23.49mm：图3-7 基坑水平向位移图3-8 基坑竖向位移（2）隧道的位移隧道水平向位移和竖向位移分别如图3-9、3-10所示，水平向最大位移为1.75mm，竖向最大位移为0.57mm：图3-9 隧道水平方向位移图3-10 隧道竖向位移（3）隧道的剪力变化盾构施工后以及基坑开

24、挖完成后隧道剪力分别如图3-11、3-12所示：图3-11 盾构施工后隧道的剪力图3-12 基坑开挖完成后隧道的剪力根据有限元计算导出的数据文件，绘制各单元的剪力增加量如图3-13所示，可以看出剪力增加量的范围为-18kN17kN。图3-13 基坑开挖卸载引起的隧道剪力增加量（4）隧道的弯矩变化盾构施工后以及基坑开挖完成后隧道弯矩分别如图3-14、3-15所示：图3-14 盾构施工后隧道的弯矩图3-15 基坑开挖完成后隧道的弯矩根据有限元计算导出的数据文件，绘制各单元的弯矩变化如图3-16所示，可以看出弯矩增加量的范围为-22kN.m18kN.m。图3-16 基坑开挖卸载引起的隧道弯矩增加量3

25、.3.2中间部位（埋深16.5m）（1）基坑的位移基坑水平向位移和竖向位移分别如图3-17、3-18所示，水平向最大位移为10.19mm，竖向最大位移为23.47mm：图3-17 基坑水平向位移图3-18 基坑竖向位移（2）隧道的位移隧道水平向位移和竖向位移分别如图3-19、3-20所示，水平向最大位移为2.52mm，竖向最大位移为0.66mm：图3-19 隧道水平方向位移图3-20 隧道竖向位移（3）隧道的剪力变化盾构施工后以及基坑开挖完成后隧道剪力分别如图3-21、3-22所示：图3-21 盾构施工后隧道的剪力图3-22 基坑开挖完成后隧道的剪力根据有限元计算导出的数据文件，绘制各单元的剪

26、力增加量如图3-23所示，可以看出剪力增加量的范围为-22kN18kN。图3-23 基坑开挖卸载引起的隧道剪力增加量（4）隧道的弯矩变化盾构施工后以及基坑开挖完成后隧道弯矩分别如图3-24、3-25所示：图3-24 盾构施工后隧道的弯矩图3-25 基坑开挖完成后隧道的弯矩根据有限元计算导出的数据文件，绘制各单元的弯矩变化如图3-26所示，可以看出弯矩增加量的范围为-28kN.m22kN.m。图3-26 基坑开挖卸载引起的隧道弯矩增加量3.3.3北端（埋深13m）（1）基坑的位移基坑水平向位移和竖向位移分别如图3-27、3-28所示，水平向最大位移为10.06mm，竖向最大位移为23.45mm：图3-27 基坑水平向位移图3-28 基坑竖向位移（2）隧道的位移隧道水