钢支撑伺服系统在地铁车站基坑中的应用与研究

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Sichuan Building MaterialsVol.44,N〇.8August ,2018

钢支撑伺服系统在地铁车站基坑中的应用与研究

蒋斌

(上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海200235)

摘要：基坑变形控制一直是基坑围护设计中关注的重点，

尤其是城市中心区环境复杂地段的基坑。本文对钢支撑伺 服系统作了简要介绍，并以宁波市轨道交通4号线工程双东 路站主体基坑为例，通过有限元计算分析，分别对是否采用 钢支撑伺服系统两种方案进行对比，以此预测基坑开挖过程 217.5 m，标准段基坑深约17.486〜17. 987 m，采用地下连续k

的支护体系，明挖顺作法施工。车站站位平面图

如图1所示。

N

中引起的围护结构及周边建筑物的变形大小，并通过理论计 算值与实际监测数据进行对比分析，结果表明采用钢支撑伺 服系统能显著减小围护结构变形及对周边建筑物的影响。

关键词：深基坑;周边建筑物；钢支撑伺服系统；有限元分析;

Hardening - Soil 模型中图分类号:TU753

文献标志码:A

文章编号：1672 - 4011 (2018) 08 - 0143 - 03D01: 10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2018. 08. 073

<前言

在我国软土地区的

坑工程中，基坑

控制

一

直是基坑围护设计过程中关注的重点，尤其是处于城市中心

环境复杂地段的基坑，往往需要采取多项技术措施，才能 降低基坑开挖对周边环境的影响，但却存在工程造价高、工 程

浪费、施工步骤繁琐以及施工过程不易把控 。

决上 ，钢 系统应运而生，且凭借其结构

单、施工操作便捷、控制 、 复用等特点，在

：

坑工程中得 运用，得了不错的 。

1

钢支撑伺服系统介绍

钢 系统是一套运用于 坑钢支撑上，通过对

钢

轴力

坑

移进行监测，并根据设计轴力值自

增 轴力，实 坑 行的系统。根据系统各组成 功能特点的不同， 个系统:液压力控制系统、钢 轴力 执行系统、电气与监控系统[1]。该系统的应用 通常 坑

控制要求高、坑周边存在需保护的

物、管

轨交

，且

有如下特点&①实 轴力实时自

测及自 #

②系统采用机械与液压双自锁设计，安

#' 系统

构简单，施工安装、拆便捷;④常工作时，液压站与油 管无压力，安全高效;⑤可实现24 h 程网络监控及

。

2工程概况

2.1 工程简介

本工程

轨道交通4号线工程双东路站，位于双东

路与环城 交叉 ，沿 南 ，为地2层侧式站台车站，基坑净宽22. 6〜25. 4m，净长约216. 5 '

收稿日期:2018 -03 -02

作者简介： （1991 -\"，男，浙江宁波人，本科，助理设计师，从事地下结构设计工作。

莱茵堡小区

已拆迁地块

图1 车站总平面图

2.2周边建筑物概况

本站周 密集，环境复杂。车站西侧双东路小区

(别 )(2、 3， 础， 主体基坑最近约14

m)， 地 （别 ）（2,采用$500〔泥搅拌桩和$325石灰桩加固， 主体基坑最近约7 m)。

2. 工程地质条件

根据勘察资料，本工程 土层分布自上而下依次为①

1a层:杂填土、①2层:黏土、①3b层:淤 黏土、②1层:黏土、②2b层:淤

黏土、③2层:粉黏土、④1b层：淤

：

粉质黏土、④2b层:粉质黏土、⑤1 b层:粉质黏土、⑤4b层:黏 粉土、⑥3a层:黏土。标准 坑坑底土层为④1b层淤泥

粉质黏土层。⑤4b层

压含水层，本站已通过

地

将其隔断， ，基坑挖期间无需

压水。

2.4基坑围护设计方案

根据周边环境条件，车站基坑环境保护等级为一级。一

级基坑要求:基坑挖期间地面最大 量\"0. 1.H，围护构最大

移\"0.14.H(H

坑开挖？朱度）[2]。

本基坑围护型式如下:标准 坑 17. 800 m，采用1000 mm厚地 ， 39 m;沿坑深度设置5道支撑，其中第一道为混凝土支撑，支撑截面800 mmX 1000 mm， 顶圈梁截面1200 mmX1000 mm;第四道为$800(t = 16mm) 钢支撑，其余各道均为$609(t = 16 mm)钢支撑。

坑 的 别墅距离主体基坑最近约7 m，

物底 有

搅拌桩和石灰桩加固， 本

浅基

础考虑，为了

坑开挖期间

物的影响，在临近别

，坑 、四、五钢

设

系统，其

：

不 设 系统。

3有限元计算分析

3.1计算软件介绍

本次 采用岩土、隧 构专用有限元分析软件PLAXIS，立二维平面 单元模拟计 坑开挖过程中基坑及周边建筑物的变形，土体本构模型选用Hardening - Soil

模型[3]。

• 143 •

Vol.44,N〇.8 f h丨芝讨 第44卷第8期August, 2018_________________________Sichuan Building Materials________________________2018 年 8 月

3.2 参数选取

土层的物理力学参数根据勘察资料进行选取，如表1 所示。表1

土层基本参数表

系数a 10 _6固

KvKhC

/kPa/(cm

4〜55〜622.0

1.81412.71.538

0.1560.2038.73.63019.55011.60.2240.2819.2压缩模量 层厚 ：

土层/m /(kN $ Es/MPa • m-3①1a1.32①20.6①3 b2.2②11.0②2b9.419.5

17.917.018.217.13.003.451.703.291.81/(。）5.017.412.116.712.9围护结构水平位移图 图3 方案一计算图

③22.319.04.178.03320.33315.9

17.4④1b2.918.12.291.223

2.21210.114.7④2b3.318.42.843.3504.55011.3

17.2⑤1b12.718.94.985.500

6.71720.737.1®4b0.919.28.92127 〜150127 〜15025.313.6⑥3 a8.3

18.2

4.46

5.3176.18318.3

35.4

3$计算断面及方案

根据

站周围的环境，本次计算中选取了一个典型

断面进行 ，主要 坑

的

别墅。标准

坑共有5 (其中1

土

，4 钢 ）。

了比较采用 系统前、 护构及周 物的变影响，分以两种方案进行有限元 计算:方案一:钢不采用 系统;方案二& 、、五钢

采用

_

系统。计模型如图2所示。

图2计算模型示意图

3$计算结果对比分析

计算中 了基坑封底时，结构及地层的位移情况，计

算图如图3〜4所示，理计 如表2所示。

! a)地层水平位移云图

！ b\"地层竖向位移云图

• 144 •

! a)地层水平位移云图 ！b)地层竖向位移云图

(c)围护结构水平位移图 图4方案二计算图

表2

理论计算值列表

围护结构最

大物最大

物最大

物最大

移/ mm

移/mm

i竖向位 移/ mm斜率/j方案一34.9114.6233.480.124案

17.22

11.72

17.26

0.107从表2可以 ，方案二较方案一有

的优势，方案

二的围护结构最大 移和 物最大 移：足

一级基坑控制标准。 ，采用钢 系统能有效地减

坑开挖 护结构及周 物的 影响。根据计 以 ，采用 系统 护结构最大 移约17.22 mm， 采用

系统段的围护结构

最大

移约34.91 mm，两 护结构侧移相

18

mm。 ， 护产生较大

接缝处漏

的

，需设置钢 系统过 。以本基坑 ，

钢

系统 轴力按1〇〇%设计轴力 ，普通轴力按70%

，过 两幅地 ，该

三、、五钢 采用 系统，第一地墙上轴力按

85% ， 地上轴力按75. ，通过调整钢 ：轴力 的

递减过渡。

4

理论计算值与实测值对比分析

基坑从开挖至底板施工完成具体时间为2017年7月14

日至2017年12月3日，该时间

的主要 测数

据，如表3所示。

第44卷第8期 f h丨v£讨 V〇1.44,N〇.82018 年 8 月_______________________Sichuan Building Materials________________________August ,2018

表3

监测点实测值列表

护结构

最大 位移/mm

实测

过渡段实测值普通实测

25.5138.7046.83

物最大量 /mm56.56-20.

物

差异沉降/mm33.06-16.85

物最 大倾斜率

/ j1.945-1.204

大 量实测 于浅基础的建筑，可看出采用桩基的

地面 有较强的适 能力。J

结论1)

于周边环境特别敏感、周围建（构）筑物管线等

系统

自身保护等级要求较高的 坑工程，采用钢 是一项有效的技术 ，能有效地控制围护结构周

注：伺服段监测数据根据监测点CXll、Jcl05 - 108;过渡段监测 数据根据监测点

CX15;普通段监测数据根据监测点CX17、Jcl21

&

偏大，一面由于理

物 。

2) 了节省工程造价，可根据具体基坑工程特点，通过

系统分层

、有强有弱、有

地

，

合

-122 $

从表3中测数据可以 1) 实测

指标均比理论计

整

计算模型中结构单元及土层 参数选取与实际工程存

在不 的 ；另一面由于 管线改迁和地墙成施工对土体 ， 物产生约10 mm的 *

2) 实测

体

与理论计算较为相符，实测值与理论

计 采用 系统 护结构 移的控制 ：比较 ， 护构最大 移相比普通 了约20 mm； 物最大 量相比计 较大，主要 如前面所述，并且

物

成

用20年的时间，并且础形

式为浅基础，土体 ，容易产生较大 ， 体属于均

，斜 1.945j<2j[4]， 《 坑工程监测

技术规范》（NB50497—2009)中的控制要求，因此，基坑变形

物 本能 的控制要求。

3) 钢 系统设 与普通钢 护结构水移实测值相 20 mm，与理论计算相符，过 护构 移实测 于两者之间， 了过 用，根据观测，过 地墙也 接缝处漏 。4) 由于普通 的 物基础 桩基，建筑物最(上接第142页）肯旨。 ，沥

，大施工 量控制的力度。通常 ：

土路面一含诸多类型，如石油沥青、各

，相关单

施工要求的产

合设计是相有的

有限元 计 定最合理的 ，既能有效控制成本增加， 以 控制 和环境保护的目的。

3) 根据计 实 测数据 钢 系统设 与普通 钢 护 构 移 存在较大 。

护 产生较大 接 处漏 的 ，通过设 钢

过。

系 统 过

， 保 护 的

(5 &006356]

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量采用热接缝，在对沥 在第一时间对接 能 体3

。结语

面

土摊铺进行压实的时候就需要

，尽

的

，

提高公路施工的整

行处理，保障接缝处于密实的

种、矿粉。就石油沥

提供的型号，选择质量过关、 关

指定的产

点

以。例如AH-90型沥

针入度应在80〜100(0. 01 mm)，延度（5 cm/min，15°C )应当 大于100，且 ， 沥

保持在42C〜52C 宜。第三

土摊铺环节质量做 学的控制。相关单位在开

土路面施工的时候，由于沥 土摊铺这一施

上所述，由于公路沥 土路面施工在工程 中

着重要的角色， ，相关单位在 施工的时：当大 个流程质量控制的力度，提 量监管 ，促使沥 土路面施工可以有条不紊地进行， 我国的经济建设做 有的贡献。 [5:006351]参考文献：

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司瑞雪.公路沥青路面施工质量的控制[J].交通世界，2016,

工流程在整个流程中占有 轻重的 ，所以在实 铺

的时候尽可能使用摊铺机，要求摊铺机要保持 的速度前

且要在第一时间进行 ，其筒 在最短的时间内一定数量的沥 整地摊铺 面上。 实处理作业。对于沥 合料压实作业来说，

，做压

在成摊

铺作业以后就要马上进行，通常 过初压、复压、终压三个环节，笔者在这里建议尽可能使用同种类型的压路 机 成梯队 压实作业， 用首尾相接的 I方。施工人员在进行压实的时候，如采用 钢筒式压路机时， 产生的 度需要保持在 的1/2宽度，且不于20 cm的 宜。第五，对接做好妥善处理，尽

23 (22 )：52 -53.

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