地铁深基坑施工全过程变形规律研究

地铁深基坑施工全过程变形规律研究

丁杰邦

中铁北京工程局集团城市轨道交通工程有限公司  合肥市高新区  230031

摘要:地铁深基坑施工过程中的土体变形是一个重要课题，对施工安全和周围环境稳定性具有重要影响。在施工前期应合理预测地表沉降，采取适当的措施减小影响。开挖过程中，需关注土体的侧限扩张、沉降和断裂现象，并进行相应研究和监测。在支护结构设计中，选择适当的支护结构和布置方式，可有效控制土体变形。施工后期应进行地表恢复和变形监测，确保施工对周围环境和建筑物的影响最小化。

关键词：地铁深基坑；施工全过程；变形规律

引言

随着城市地铁网络的不断扩展，地铁深基坑施工已成为常见的地下工程。然而，地铁深基坑施工过程中的土体变形问题一直备受关注。土体的沉降、侧限扩张和断裂等现象不仅可能带来工程安全隐患，还会对周围环境和建筑物造成不良影响。因此，研究地铁深基坑施工全过程的变形规律，对于优化施工策略、提高工程安全性具有重要意义。

1.地铁深基坑施工中的变形与位移问题

地铁深基坑施工中的变形与位移问题是一个需要重点关注的问题，因为土体在开挖和支护过程中会遭受应力和变形的影响。这些变形和位移问题可能导致地表沉降、地下水位变化以及与周围建筑物的相互作用。在地铁深基坑施工中，地表沉降是一个普遍存在的问题。由于土体的开挖和加载，地表会发生不同程度的沉降。合理预测和控制地表沉降，对于确保施工安全和周边建筑物的稳定性至关重要。通过在施工期间进行实时监测，可以根据监测数据来调整支护措施和施工进度，以控制地表沉降的范围和速度。此外，深基坑开挖后，土体的应力状态发生变化，导致土体产生不同形式的变形。常见的变形包括土壤侧限扩张、沉降和脆性断裂等。了解土体的变形规律，对于支护结构的设计和施工工艺的优化具有重要意义。通过使用数值模拟和实验方法，可以研究土体的变形行为，并采取适当的措施来减小土体的变形和位移。此外，地铁深基坑施工还必须考虑对周围建筑物的影响。开挖会导致周围建筑物的隆起、沉降、倾斜等变形现象。为了确保周围建筑物的安全性，需要对这些变形进行严密的监测和结构计算。通过结构计算，可以评估建筑物受到的变形影响，并采取相应的加固和保护措施。

2.地铁深基坑施工全过程变形规律

2.1地铁深基坑施工前期的地表沉降分析

地表沉降是由于土体开挖和支护过程中的应力重新分布引起的自然反应。对地表沉降进行准确预测和控制，有助于确保施工安全，并防止对周围建筑物、地下管线和地下水等造成不利影响。首先，需要确定地质条件和土层性质，包括土体的特性参数、层位分布、厚度和土层间的界面条件等。通过野外调查、取样和实验室试验等方法，获取土层参数的准确数据，为计算和模型分析提供基础。其次，需要采用合适的计算方法进行地表沉降模拟。常用的方法包括理论计算、数值模拟和经验公式。基于杨铉协调原理和弹性力学基本假设，可以建立起代表土体行为的数学模型，并采用数值方法求解。同时，还可以结合实测和监测数据进行验证和修正。此外，对于地下水的变化在地表沉降过程中起着重要作用。因此，需要进行地下水位的监测和分析。通过合理设置地下水位观测点，并采集观测数据，了解地下水位的变化规律，并将其与地表沉降进行关联。最后，需要进行地表沉降的风险评估和控制。根据地质条件、地下工程的要求和相关规范，确定地表沉降的允许范围，并制定相应的控制措施和补偿方案，以减小对周围环境和建筑物的不良影响。

2.2地铁深基坑开挖过程中的土体变形行为研究

地铁深基坑开挖过程中土体的变形行为研究是一个关键的课题，对于理解土体的力学行为和设计合理的支护结构具有重要意义。在开挖过程中，土体受到巨大的应力变化，从而引起土体的变形和位移。土体变形行为的研究，旨在揭示土体的变形机制、变形规律以及与支护结构的相互作用。土体在开挖过程中会受到边界约束，从而表现出垂直土壁的横向位移和侧限扩张。侧限扩张的大小和速率与土的性质、开挖深度、支护结构以及孔隙水压力等因素相关。土体的沉降是由于开挖导致土体应力重新分布所引起的。沉降的大小和速率取决于土壤的压密特性、剪切特性和水分含量等因素。此外，地铁深基坑开挖过程中的排水条件也会对土体沉降产生重要影响。由于土体在开挖过程中承受较大的应力变化和扰动，可能导致土体的脆性断裂或塑性破坏。理解土体的破坏机制和破坏模式，有助于设计合理的支护结构，以保证施工的安全性和周围环境的稳定性。

2.3地铁深基坑支护结构对变形控制的影响研究

在地铁深基坑施工中，支护结构是为了控制土体变形、维持地下水位稳定和防止地面沉降等目的而设置的。支护结构包括地下连续墙、钢支撑、桩基等，不同类型的支护结构对土体变形的控制效果各有差异。不同类型的支护结构在不同条件下表现出不同的变形控制效果，如地下连续墙可以有效控制侧限扩张现象，而钢支撑结构则可以限制土体的沉降。支护结构越刚性，并能够承受较大的水平荷载，其变形控制效果越好。支护结构的选择应根据地质条件、土体特性以及施工约束等因素进行合理设计。此外，支护结构与土体之间的相互作用也是需要考虑的因素。支护结构的刚度和变形特性会对土体的应力和变形产生影响，反过来，土体的变形又会影响支护结构的力学性能。因此，需要建立支护结构和土体之间的相互作用模型，以预测支护结构的变形行为和土体的应力分布。

2.4地铁深基坑施工后期的地表恢复与变形监测

在地铁深基坑施工完成后，地表的恢复和变形监测是一个重要的环节。地表恢复是指土地重新回到施工前的原始状态，而地表变形监测则是通过实时监测和记录，评估地铁深基坑施工对地表产生的影响，确保施工安全和周边建筑物的稳定性。基坑回填是为了填补施工基坑所挖掘的土方，恢复地表的平整度。回填材料的选择和施工方法需要对地质条件、土体特性以及环境要求进行合理评估。地表平整处理则是通过调整地表高程和沉降区域，使其恢复到施工前的原始状态。地铁深基坑施工可能破坏周围的景观和绿化，必须进行相应的修复工作。这包括重新种植植被、修复道路和园林设施等，以恢复周边环境的美观和生态功能。此外，地表变形监测是评估地铁深基坑施工对地表影响的重要手段。通过监测地表的沉降、倾斜和变形等指标，可以实时监测施工对周边环境和建筑物的影响，并采取相应的补救措施。监测手段包括测量仪器、遥感技术和数据分析等，需要根据具体情况进行选择和运用。

结束语

地表沉降、土体变形行为和支护结构对变形控制的影响是影响地铁深基坑施工的关键因素。通过合理预测和控制地表沉降、研究土体的变形规律，以及合理选择和设计支护结构，可以有效保障施工安全，并减小对周边环境和建筑物的不良影响。然而，地铁深基坑施工的变形规律研究仍然存在一定不完善之处，需要进一步深入研究和实践总结，以推动地铁深基坑施工技术的发展和提升。

参考文献

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