富水地层非对称地下连续墙成槽稳定性分析.pdf
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1、第4 1 卷第9 期2023年9月文章编号:1 0 0 9-7 7 6 7(2 0 2 3)0 9-0 0 9 6-0 7Vol.41,No.9Journal of Municipal TechnologySep.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.09.096富水地层非对称地下连续墙成槽稳定性分析黄成建(中铁十五局集团有限公司,上海2 0 0 0 7 0)摘要:地下连续墙被广泛应用于地下空间围护结构,但其施工过程中常常出现槽壁塌情况,严重影响了施工安全和质量。为确保非对称地下连续墙成槽过程中的稳定性,采用MidasGTS软件对地下连续墙开挖成槽过程进行了数值模
2、拟,得出了槽壁水平、竖向位移变形规律,研究了泥浆对槽壁稳定性的影响。研究结果表明:槽壁水平变形主要集中在2/3h至槽底处;地表沉降量主要受地层本身的压缩性控制;适宜密度的泥浆对于地层的稳定性起决定性作用。根据研究结果,为提高成槽过程中槽壁的稳定性,南京市地铁9号线滨江公园站在富水地层非对称地下连续墙成槽施工中,通过采用泥浆密度调整、水泥土搅拌桩加固、“三抓法”开挖等措施,取得了较好的成槽效果。关键词:富水地层;非对称地下连续墙;成槽施工;槽壁变形;稳定性中图分类号:TU476.3Stability Analysis of Asymmetric Underground Continuous(Ch
3、ina Railway 15th Bureau Group Corporation Limited,Shanghai 200070,China)Abstract:The underground continuous wall is widely used in the retaining structure of underground space,but thetrench wall collapses frequently during the construction process,which seriously affects the construction safety andq
4、uality.In order to ensure the stability of the asymmetric underground continuous wall during the process of trench-ing,the excavation process of the underground continuous wall was numerically simulated by Midas GTS software inthis paper to obtain the deformation law of the horizontal and vertical d
5、isplacement of the trench wall,and the influ-ence of mud on the stability of the trench wall.The results show that the horizontal deformation of the trench wall ismainly concentrated in 2/3 h to the bottom of the trench;The surface subsidence is mainly controlled by the com-pressibility of the strat
6、a itself;The suitable proportion of mud plays a decisive role in the stability of the formation.According to the research results,in order to improve the stability of the trench wall in the process of trenching,during the construction of the asymmetric underground continuous wall in the water-rich s
7、trata of Binjiang ParkStation of Nanjing Metro Line 9,measures of the adjustment of mud density,the reinforcement of cement-soil mixingpiles,and the excavation construction method of three grasp method were proposed and obtained better trenchingeffect.Key words:water-rich strata;asymmetric undergrou
8、nd continuous wall;slotting construction;trench wall defor-mation;stability文献标志码:AWall inWater-richStrataHuangChengjian收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 4基金项目:中铁十五局集团有限公司:长江漫滩复杂地质条件下地铁施工关键技术研究(2 0 2 0 C70)作者简介:黄成建,男,工程师,学士,主要研究方向为市政工程。引文格式:黄成建.富水地层非对称地下连续墙成槽稳定性分析.市政技术,2 0 2 3,4 1(9):96-1 0 1,1 0 5.(HUANGCJ.Stabili
9、tyanalysisofasym-metric underground continuous wallin water-rich strata J.Journal of municipal technology,2023,41(9):96-101,105.)第9 期随着城市现代化的快速发展,中国以地铁为主的地下轨道交通快速崛起,城市地下空间开发利用呈现规模发展态势。目前,地下空间开发越来越多,地下连续墙因具有整体性好、结构刚度大、抗渗性能好等优点,被广泛应用于地下空间的围护结构1。在地下连续墙施工过程中,成槽阶段容易发生槽壁局部和整体塌的情况,为此国内不少专家和学者均对成槽稳定性进行了理论和数
10、值分析研究。理论分析中,丁勇春等2 研究了槽壁局部失稳原因,并通过理论计算分析了影响槽壁稳定的因素;安辰亮等3 提出了局部稳定的安全系数计算公式,对槽壁局部失稳进行了定量分析;路乾等4 对槽壁整体稳定性进行了理论分析,得出了最小泥浆重度和安全系数计算方法;黄茂松等5 结合现场试验,对三维楔形体进行了改进,分析并验算了槽壁的稳定性。数值分析中,资晓鱼等6 研究了不同成槽顺序和泥浆重度对槽壁位移的影响;超凡等7 应用Comsol软件对挖槽施工进行数值模拟,确定了槽壁变形的主要位置;严朝锋等8 应用ABAQUS软件,对地下连续墙成槽施工进行了模拟,分析了承压水对粉砂层槽壁的影响;张昌桔等9 应用Pl
11、axis软件,分析了土岩二元地层中槽壁的变形;张俊平1 0 对临近地下构筑物侧的槽壁进行了模拟分析,得出了c、值和有限土体宽度对槽壁的影响规律。目前,国内大部分学者的研究都主要集中于分匝道滨江公园站万景园路滨江公园Fig.1 Plan of Binjiang Park Station1.2地质条件滨江公园站场地地势较平坦,为河谷平原地貌,地面高程4.2 9 7.4 1 m,地表普遍分布人工填土,往下依次为粉质黏土、淤泥质粉质黏土(混夹粉土、粉砂)、粉砂、粉质黏土夹粉砂、粉细砂和粗砾砂,下伏基岩为白垩系浦口组砂质泥岩和泥质砂岩。该站场地岩面起伏平缓,一般埋深50 53m。该车站西侧黄成建:富水地
12、层非对称地下连续墙成槽稳定性分析扬子江大道奥体新城隧道匝道滨江公园站金陵江滨酒店图1 滨江公园站平面图470m为长江、2 50 m为向阳河,孔隙潜水近地表分布,主要赋存于浅部的人工填土、黏土和粉质黏土中;孔隙承压水主要赋存于深部的粉细砂、粗砂和卵砾石层中;基岩裂隙水与承压水之间无明显的隔水层,水位与承压水相差不大。水位变化主要受大气降水影响,年水位变化范围1.0 1.5m。地下水对混凝土和钢筋均具有轻微腐蚀性。97析泥浆、施工顺序对成槽稳定性的影响,较少涉及富水地层中非对称性地下连续墙施工时的槽壁稳定性问题。鉴于此,笔者以南京市长江漫滩地区地铁9号线滨江公园站工程为例,应用MidasGTS软件
13、对其地下连续墙成槽施工进行研究,分析了高地下水位中非对称地下连续墙成槽过程中的槽壁变形规律和影响因素,提出了提高槽壁稳定性的方法,以期为类似工程的实施提供参考。1工程概况1.1工项目概况南京市地铁9 号线工程北起丹霞路站,南至滨江公园站,途经玄武、鼓楼和建邺3个行政区,全长19.685km。其中,滨江公园站位于扬子江大道与奥体大街交叉口以北,西临金陵江滨酒店,东临江苏大剧院和奥体新城隧道,四周环绕滨江公园,沿扬子江大道呈南北向布置,平面图见图1。该车站为岛式车站,地下共有2 层,为单柱双跨框架结构(局部为双柱3跨)。滨江公园站基坑施工尺寸长4 7 8.0 0 m、宽1 9.7 0 m、深16.
14、091 7.8 9 m,施工采用明挖顺作法。基坑围护结构为厚8 0 0 mm地下连续墙,共1 8 2 幅,每幅宽4 6 m。由于奥体新城隧道距车站东侧仅有2 9.2 m,故地下连续墙东西两侧为非对称。其中,西侧墙深32.535.5m,墙底未入岩,位于粉细砂层中;东侧墙深53.4 55.6m,墙底入岩,位于中风化砂质泥岩中。棉花堤路市放技术98Journal of Municipal Technology2丰非对称地下连续墙成槽模型2.1计算模型结合滨江公园站地下连续墙施工现场情况,应用MidasGTS软件对地下连续墙开挖成槽进行了数值模拟,并选取典型部分进行分析。由于该车站地下连续墙范围内的地
15、质情况大体相同,因此笔者采用相同计算模型分析深墙和浅墙开挖过程中的槽壁稳定性。槽壁稳定性数值计算模型见图2。其中,基坑模型沿X方向长1 2 m,沿Y方向宽30 m,沿Z方向深7 0 m;地下连续墙中,深墙深55.5m,浅墙深33.5m,单幅长6 m,墙厚0.8 m;双轴搅拌桩直径0.7 m,深度1 7 m。土体采用摩尔-库伦模型,共30 0 6 3个实体单元,1 6 2 4 4 3个结点。边界条件设置:模型顶面为自由面,底面为固定面,周边约束水平位移。地下连续墙槽双轴搅拌桩第4 1 卷2.2计算参数根据地质条件可知,土层上部为淤泥质粉质黏土,厚1 2 m,呈流塑状,工程性质差。为保证槽壁稳定和
16、施工安全,采用双轴搅拌桩加固上部土体,故模拟计算分为初始应力平衡、设置双轴搅拌桩、成槽和泥浆灌注等步骤。根据地质条件中的岩土层结构、特性特征等,将该工程的地层划分为1 0 层,典型地质截面的剖面见图3,岩土层的物理力学参数指标见表1。泥浆对槽壁的侧压力用等效反压力进行模拟,在槽段边界位置施加等效荷载。700.800.700十十十0008杂填土层黏土、粉质黏土层一0002淤泥质粉质黏土层杂填土层黏土、粉质黏土层淤泥质粉质黏土层粉质黏土层粉砂层粉细砂层70080070000S8粉质黏土层00S粉砂层OO。粉质黏土层000LI卵砾石层强风化砂质泥岩层中风化砂质泥岩层图2 槽壁稳定性数值计算模型Fig
17、.2 Numerical calculation model of trench wall stabilityTab.1 Physical and mechanical parameters of rock and soil layer土层名称重度/(kN/m)杂填土20.0黏土、粉质黏土18.9淤泥质粉质黏土18.0粉质黏土18.3粉砂19.2粉细砂19.3粉质黏土18.3卵砾石22.0强风化砂质泥岩22.2中风化砂质泥岩22.7粉细砂层粉质黏土层OOSoos+卵砾石层000强风化砂质泥岩层0008中风化砂质泥岩层图3典型地质截面剖面图Fig.3 Typical geological cro
18、ss section表1 岩土层物理力学参数指标泊松比黏聚力/kPa0.3815.00.3422.40.3915.70.3818.20.295.90.285.40.3420.90.235.00.170.14O内摩擦角()承载力特征值/kPa12.012013.310015.06516.99031.418031.722019.911531.5500300500层厚/m3.01.512.08.55.517.00.54.52.03.0第9 期3计计算结果与分析3.1水平位移从初始应力到整个槽体成型,一共划分为1 2 个施工阶段。为简化计算,第8 阶段为不入岩一侧的黄成建:富水地层非对称地下连续墙成槽
19、稳定性分析99成槽情况,第1 2 阶段为入岩一侧的成槽情况,各典型阶段的单侧槽壁水平位移云图见图4,第8、12阶段双侧槽壁水平位移云图见图5。槽体最终成型后,槽壁侧向水平位移沿开挖深度的分布情况见图6。12e-30310420M420744e-6532a)第2 阶段a)第8 阶段图5典型阶段双侧槽壁水平位移云图Fig.5 Cloud chart of horizontal displacement of bilateral trenchwallat typical stageb)第4 阶段图4 典型阶段单侧槽壁水平位移云图Fig.4 Cloud chart of horizontal disp
20、lacement of unilateral trench wall at typical stage-10-20-30-40-50-60-70开挖深度/m图6 槽壁侧向水平位移沿开挖深度分布图Fig.6 The horizontal displacement distribution of lateral trenchwall along excavation depth由图4 6 可知,随着槽体开挖深度的增加,槽壁的水平位移量呈逐步增大趋势。其中,不入岩侧的槽壁,最大水平位移出现在-2 2 m的位置,最大值为0.9cm;人岩侧的槽壁,最大水平位移出现在-50 m的位置,最大值为0.98 c
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