武汉地铁三七号线香港路车站基坑横撑设计优化分析.doc

武汉地铁三七号线香港路车站基坑横撑设计优化分析 一 工程背景 1、工程概况 香港路站为武汉地铁三号线与七号线的交换车站，位于武汉市江汉区香港路与建设大道交汇处，为地下三层岛式车站，六号线车站沿香港路方向布置，为地下一层侧式车站。车站基坑开挖宽度23.4~40.7m，开挖深度28.52m（有效站台中心处）。采用地下连续墙加内支撑维护结构。地下连续墙宽度1.2m，设置有8道内支撑及2到换撑。拟建车站场地周边市政交通、相邻建筑环境复杂。基坑安全等级为一级。 实际工程中，在主坑旁边有一外挂站厅的小型基坑，本文所研究的仅仅是基坑的横撑优化分析，为减少不必要的影响因素，暂不考虑这一小基坑的存在。 2、工程地质及水文地质条件 香港路站场地位于汉口主城区，长江北岸，相当于长江I级阶地，地面标高19~21m。 本文所研究基坑截面处工程地质情况为：① 1-1杂填土，土层厚度3.4m。② 3-3淤泥质粘土，土层厚度12.6m。③3-4粉质粘土夹粉土，土层厚度1.6m。④3-5粉砂粉土粉质粘土互层，厚度1.8m。⑤4-1粉细砂，厚度3m。⑥4-2细砂，厚度32.3m。⑦15b-2中风化砂砾岩，很厚。 各土层主要物理力学指标见下表： 层号 岩土 名称 天然重度γ 压缩模量E 粘聚力C 摩擦角φ 静止侧压力系数K0 渗透系数K(m/d) kN/m3 MPa kpa ° 1-1 杂填土 18.9 21 0 37 0.38 518.4 3-3 淤泥质粘土 17 2.8 13 6 0.8 0.0043 3-4 粉质粘土夹粉土 18.1 4 15 9 0.64 0.043 3-5 粉砂、粉土粉质粘土互层 18.2 6 12 15 0.55 0.028 4-1 粉细砂 17.9 15 0 30 0.41 10.4 4-2 细砂 18.9 21 0 37 0.38 518.4 15b-2 中风化砂砾岩 26.1 44 0 39 　 0.17 基坑开挖处一般潜水位为-1.35m。 二 优化目的及方法 原设计中，在基坑底部底板施工完毕，修筑侧墙，待侧墙达到一定强度后，将设置一道作用于侧墙上的横撑，称为换撑。目的是为了在施工过程中控制维护结构的变形。但是换撑存在许多缺点。1、工程量大；2、操作难度大。结构侧墙施做至需要换撑的支撑下后，需先将支撑卸力，将支撑在围护体上的支撑重新配管（减掉主体侧墙厚度），重新吊装至已施工好的侧墙上，且要求侧墙达到设计强度。由于钢支撑本身质量重，单根拆装十分困难和难以操作。按照同类车站的施工经验，估计吊换一根钢支撑需要一天时间，功效低下且影响下一步施工；3、拆除吊装困难，施工费时费力。 为此，对此基坑的支撑体系进行优化设计，目的是去掉原设计中的换撑。 本文将运用plaxis有限元数值模拟来分析研究这一优化设计。主要的方法思路是在围护结构变形不超过规范规定的情况下，通过调整支撑间距来实现优化。 三 模型建立与计算 共建立了三个模型进行三次模拟以作对比分析。三种模型分别是：模型一、原设计方案模拟。模型二、去掉换撑后不调整横撑间距的情况模拟。模型三、去掉换撑并调整支撑间距的情况模拟。三种模型的材料参数相同。 模型一的几何构造如下图所示： 图1 模型一的几何构造有限元模型 模型左右的板结构单元为地连墙单元，中间为临时立柱及其基础。上部荷载有：场地两旁交通荷载，大小20KN/m，中部为临时路面交通荷载，大小为50KN/m。八道内支撑，第一道为砼支撑，其他为双拼钢支撑，其具体位置为：第一道砼支撑位于路面下-1m处；第二道钢支撑距离第一道支撑5.1m；第三道钢支撑距第二道支撑4m；第四道钢支撑距第三道支撑4m；第五道钢支撑距第四道支撑3m；第六道钢支撑距第五道支撑3m；第七道钢支撑距第六道支撑2.5m；第八道钢支撑距第六道2.5m。基坑内为3层地下结构。 模型二和模型三分别为在此基础上去掉换撑和调整间距并去掉换撑。模型三的间距调整方案为：第一道砼支撑位置不变；第二道钢支撑位置不变；第三道钢支撑距第二道支撑5m；第四道钢支撑距第三道支撑4m；第五道钢支撑距第四道支撑4m；第六道钢支撑距第五道支撑3m；第七道钢支撑距第六道支撑3m；第八道钢支撑位置不变。 基坑开挖分步施工，挖完即撑。大致施工工序如下： 1、主体基坑地连墙施工，立柱施工，施加施工荷载。激活主坑两旁荷载。2、第一次开挖施工，至深度1.6m。3、设置第一道钢筋砼支撑。作业水位-2.6m。4、第二次开挖施工，至深度6.7m。5、设置第二道横撑。水位位于-7.7m处。6、第三次开挖施工，至深度10.7m。7、设置第三道横撑。预加轴力125KN/m。设置斜撑。地下水位在-11.7m处。8、盖板（临时路面）施工。9、施加交通荷载，50KN/m2。10、第四次开挖，至基坑深度14.7