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换乘地铁车站续建基坑施工对已运营结构的影响分析

更新时间:2016-07-05

0 引言

随着城市轨道交通建设的迅速发展,后续建设线路及站点与已运营线路换乘需求越来越多,续建车站的基坑施工必然对既有运营车站结构产生影响。在针对新建基坑工程对已有地铁运营影响的研究问题上,已有刘亮[1]通过数值计算分析研究T型换乘地铁车站后续基坑开挖对邻近地铁结构及轨道的影响;罗光财[2]等利用FLAC3D数值模拟软件分析了穿越运营地铁车站的基坑开挖及对既有线的影响;张国亮[3]等通过计算分析研究新建地铁车站基坑施工与既有车站结构间的相互影响。上述研究着重分析新建车站主体基坑开挖对既有车站的影响。本文针对带联络线及大三角区的换乘地铁续建基坑开挖[4],分析验证车站主体、联络线、三角商业开发区续建基坑开挖对既有车站结构变形影响是否满足地铁安全运营要求。

1 工程概况

某城市一地铁站为地铁2号线、3号线换乘站,位于城市主干道交叉路口。3号线车站为地下三层双柱三跨箱型结构,沿东西向道路布置;2号线为地下两层双柱三跨箱型结构,沿南北向道路布置。目前2号线车站(含换乘节点)已运营。2号线、3号线之间设置联络线。2号线、3号线与联络线所围区域为地下一层商业开发三角区。具体位置关系如图1所示。

3号线为续建车站:车站基坑长331.0m,宽21.1m,深度为24.6m~25.2m。联络线基坑深度为17.1m~24.1m,商业开发三角区基坑深度10.6m。

车站周边建筑已基本成型,站位西北象限为一休闲广场;东北象限为施工场地;东南象限为一酒店建筑(地下室距离基坑43m);西南象限为一写字楼(地下室距离基坑43m)。

目前,我国事业单位对外投资存在事前决策论证缺失、事中监督管理缺位、事后绩效评价缺乏的不足,建议增设预算会计收入类科目“投资预算收入”,科目下设“以前年度投资”和“本年度投资”两个明细科目,并按具体投资项目核算货币资金投资成本的收回。收回以前年度货币资金投资成本时,借记“资金结存”,贷记“投资预算收入—以前年度投资”,收回本年度货币资金投资成本时,借记“资金结存”,贷记“投资预算收入—本年度投资”。

图1 车站总平面图

2 工程地质、水文地质情况

拟建工程所在场地的地层从上至下依次为①填土、③淤泥质粉质粘土夹粉土、③4砂质粉土夹淤泥质粉质粘土、③6粉砂夹砂质粉土、⑥1淤泥质粉质粘土、⑥2淤泥质粉质粘土,⑧1-1淤泥质粉质粘土、⑧3粉砂夹粉质粘土、⑫4 圆砾、⑬2 含砂粉质粘土、⑭1中粗砂、⑳1全风化泥质粉砂岩。该处地层物理力学参数取值见表1。

表1 材料参数

土层 容重/kN/m3 压缩模量/MPa 粘聚力/kPa 内摩擦角/°①19.0 3.8 30.3 16.6③ 18.7 5.6 21.2 18.5③4 18.7 9.1 8.0 31.4③6 19.1 10.7 7.1 31.5⑥1 17.4 2.9 16.0 11.4⑥2 17.1 2.6 16.1 10.2⑧1-1 17.5 3.5 18.7 12.0⑧3 18.3 5.7 14.2 25.5 12○4 19.0 30.0 3.0 31.0 13○2 20.9 7.7 37.2 20.1 14○1 20.4 10.1 3.3 33.3 20○1 19.4 6.7 72.3 20.3

3 设计及施工工序选择

综上,磷肥市场进入短期的僵持阶段,但在成本的主要拉动作用下厂家涨价意向较高,后续报价上涨或将成为定局,磷复肥会后,价格迷雾将被逐渐拨开,重点关注原料价格和冬储进展情况。

(2)施工工序2:3号线结构施工完毕,回填顶板覆土至地面。3号线和2号线结构位移如图4所示。3号线最大水平位移3.1mm,2号线最大水平变形和竖向沉降分别为0.8mm和1.8mm,相比开挖工序,由于覆土回填压重,既有2号线结构水平变形和竖想沉降减小,回填工况对既有结构有利;

FLAC3D中,岩土体的力学参数采用的是变形模量,因此必须将上表中的压缩模量进行转换,其公式为:

开挖工序:3号线主体基坑开挖->3号线主体结构回筑并覆土->开挖联络线基坑->开挖商业开发区基坑。

4 既有2号线运营安全控制标准

国内外城市对地铁隧道的变形均提出了严格的控制要求[5]。本基坑工程紧邻的地铁已运营,为保证地铁列车的安全顺利运行,并考虑到已开通运营地铁2号线车站的实际情况,根据该城市地铁已建区间隧道变形控制标准,基坑开挖过程中变形具体控制标准见表2。

表2 地铁已建区间隧道变形控制标准

阶段 竖向沉降 水平位移铺轨前/mm 20 20铺轨后、试运行前/mm/mm 10 5试运行后/mm 10 5

5 计算分析

本工程涉及到模拟换乘站3号线主体基坑开挖、联络线开挖、三角商业开发区开挖、涉及到对紧邻运营地铁以及施工结构自身变形的分析。所涉及问题空间特性强,模型尺寸大,受力复杂等,为了检验续建车站结构及联络线、三角商业开发区对运营结构的影响是否满足变形要求,拟采用FLAC3D作为计算软件。

5.1 计算模型

8.1.1 半筋菜(碗状木耳)的采收方法:当耳片达到直径3厘米时,提前1~2天停水并必须晒至耳片半干时(耳根处柔软),保持耳片碗状定型,阴阳面层次分明,集中人力,每天早起4~5点开始抢收采摘,坚持采大留小的原则进行,如果耳片大小均匀可一次性采摘完毕,此品种禁止喷水浸透耳片后采摘,以免造成外形较差,阴阳面层次不分明,直接影响产品质量和销售价位。

三是社会化要靠产业化的途径来实现。服务对象和参与主体的多元化只是解决了资格的问题,而要使得养老服务体系真正实现“社会化”发展,必须通过“产业化”的途径。“产业化”本义是指以行业需求为导向,以实现效益为目标,依靠专业服务和质量管理,形成的系列化和品牌化的经营方式和组织形式。“产业化”强调产业本身的生产性、规模性、运营性、职业化。现在讲养老服务的产业化,其实质是指将养老服务业作为一个产业来看待,按照产业的组成要素和发展规律来培育和运营——包括培育多元产业主体,鼓励社会资金的投入,促进养老服务大规模发展,提升养老服务从业者的职业化,带动整个养老服务产业链的发展。

图2 模型示意图

5.2 计算参数

初始应力场按自重应力场进行考虑,竖向应力和水平应力分别为:

σv=γH

三次多项式的趋势线(反映时间变化过程,决定系数R2达到最高值)显示了比赛过程中的特征倾向,由此可以看出运动员在某一局比赛初始的几分钟和最后阶段达到弹跳的最大值。

创造积极的语言环境。英语是一门语言,语言是在一定的环境下使用的,语言的运用要充分考虑语境,学习者可以通过各种形式与他人进行交流讨论,可以在课外的活动时间参加英语角、组织英语晚会、表演英文话剧等形式,或者通过网络进行交流,在积极的语言环境中学习语言。

σh=K0σv

(1)施工工序1:开挖3号线基坑至坑底。基坑及既有结构变形情况如图3所示,基坑地连墙最大水平变形5.5mm,发生在基坑长边中部位置;既有2号线车站水平变形和竖向沉降分别为1mm和2.2mm,最大水平变形,均发生在换乘节点位置,施工中应引起注意;

1930年12月,蔡元培致函昔日莱比锡大学同学、时任汉堡民族博物馆非洲部主任的但采尔,请他来中研院社会科学研究所担任民族学方面的特约研究员,同时协助筹建民族博物馆。但采尔对蔡元培创办民族博物馆和进行国际间民族学标本交换的想法十分支持,表示愿意来中国,并说打算先搜集一些美、非、澳洲土人的物品,埃及、巴比伦、亚西利亚等各种图案,于来华时带来,以供中研院之交换物品。蔡元培认为,“此于民族学之建设,裨益非浅”[10]258,因此爽快答应但采尔提出的月俸800元以及他和夫人往返费用由中方负担的要求,同时要求中研院秘书处主任许寿裳准备一份聘书,以便随复函寄去[10]268。

本站商业开发区基坑平面尺寸大,平面近似三角形,平面尺寸约为145m×136m,属于超大基坑。基坑开挖深度10.5m,基坑较浅,坑底位于粉砂夹砂质粉土层。基坑一边紧靠已运营的2号线主体结构,另一边紧靠3号线车站结构,即基坑开挖会对已运营车站造成影响,同时也会对刚施工完(三角区开挖前先完成)的3号线结构造成影响;且影响长度大,空间效应强。

式中:E0为土的变形模量;ES为土的压缩模量;μ为泊松比。

为有效地控制基坑开挖对既有2号线车站的变形影响,结合周边交通、环境条件,车站采用明挖顺筑法施工,围护结构采用1 000mm厚地连墙加内支撑的形式。

所有模型边界条件均为顶面为自由面,侧面约束水平位移,底面限制垂直位移,模拟采用大应变模型计算。

5.3 计算结果

式中:H为埋置深度;K0为土体侧压力系数。

基坑影响深度范围内的地基土主要为砂质粉土和淤泥质粉质粘土等,砂质粉土强度高,渗透系数大;淤泥质土强度低,压缩性高,对围护结构的内力及变形控制非常不利。本场地开挖基坑底部位于⑥2淤泥质粉质粘土与⑧1-1淤泥质粉质粘土,不利于坑底的变形控制。

根据基坑开挖及既有运营结构的尺寸,考虑基坑开挖影响范围并适当扩大,建立FLAC3D模型,如图 2所示,模型采用 280m×320m×80m(X×Y×Z)区域模拟地层。土体采用Mohr-Coulomb弹塑性单元模拟,地墙、车站结构均采用线弹性单元模拟,车站内结构柱以及地下室桩基用Pile结构单元模拟,基坑内砼支撑/钢支撑采用Beam结构单元模拟。模型单元数约200 000个,地层划分依据基坑范围内有代表性的钻孔。

图3 3号线基坑开挖影响云图

图4 3号线基坑回填影响云图

图5 联络线基坑开挖影响云图

(3)施工工序3:开挖联络线基坑至坑底。续建的3号线车站结构水平变形和既有2号线结构变形如图5所示。3号线主体结构最大水平变形4.2mm,峰值位置靠近联络线基坑开挖处;2号线最大水平变形和竖向沉降分别为2.5mm和1.8mm,变形有增大的趋势;

(4)施工工序4:开挖商业开发区(三角区)基坑至坑底。2号线、3号线主体结构变形如图6所示。3号线最大水平位移4.7mm,2号线水平变形和竖向沉降分别为2.9mm和3.9mm,均发生在靠三角区基坑附近,基坑开挖过程中应引起注意,采取分块、分层、分段等措施减小对结构的影响。

图6 三角区基坑开挖影响云图

图7 不同工序位移变化曲线

以上4个工序结构位移变化曲线如图7所示,计算结果表明:当开挖3号线主体基坑时,2号线车站结构受影响产生水平和竖向变形,且竖向变形量较大,原因是基坑开挖引起基底土体回弹,封堵墙侧运营车站底板下土体下沉。从图3中b、c云图上看变形最大位置为换乘节点处,但水平和竖向变形量均较小,满足安全要求;3号线结构施工完毕,覆土回填后,2号线车站结构受影响产生的水平和竖向变形均减小;开挖联络线基坑时,已完成的3号线结构水平变形有所增大,峰值点位于地墙临空面处,峰值<5mm,满足安全要求。2号线车站结构底板竖向变形基本不变,但水平变形有所增大,增大点位于联络线与车站投影位置,峰值<5mm,满足安全要求。联络线基坑开挖完成,商业开发区基坑开挖后,3号线、2号线车站结构水平与竖向变形量均进一步加大,即3号线结构产生水平位移峰值4.7mm;2号线已运营车站结构产生水平位移峰值2.9mm,竖向变形峰值3.9mm。以上水平变形与沉降量皆满足安全要求。

计算结果说明3号线车站主体开挖以及联络线和三角商业开发区的开挖,对已运营2号线产生的水平变形<5mm,沉降<10mm,满足正常运营的安全要求,整个施工过程安全可控。

提出了自适应单相重合闸的可变间歇时间控制方案,所提出的算法分析了测量点电压波形的特征,准确地区分了故障本质上是瞬态型还是永久型。在瞬态型的情况下,还确定了精确的次级灭弧时间。利用EMTP中的MODELS对750 kV的架空高压输电线路系统进行了仿真研究。结果表明,所开发的算法在各种故障位置下都具有准确的有效性,可变间歇时间控制算法实现简单,只需借助线路末端的电压瞬变信息。因此,它可以被编码到现有的数字重合闸硬件中使用。

6 结论

通过本工程续建基坑与既有结构的位置关系、施工顺序、工程地质、水文地质、周边环境条件的认真研究,并对续建基坑施工对已运营结构的数值模拟分析,结论如下。

(1)对已运营地铁车站结构的影响主要发生在基坑开挖工况,最大水平位移2.9m,最大竖向沉降为3.9mm,满足运营地铁保护要求,风险可控;

(2)基坑回填工况,续建施工对既有结构的影响有所减小,对既有结构运营有利,实际工程中基坑开挖到底后应尽快回筑车站结构并回填覆土恢复地面;

(3)结构变形主要发生在邻近既有结构处基坑开挖工况,工程中对既有结构附近区域的基坑开挖,应分层、分段、分块开挖,减少单次卸荷量,同时加强基坑监测,采取信息化施工,以减小对运营结构的影响。

参考文献

[1]刘 亮.T型换乘地铁车站续建基坑开挖对运营结构的影响分析及对策[J].隧道建设,2015,35(3):244-249.

[2]罗光财,蒋 彪,汪庆桃,彭 胜.穿越运营地铁车站的基坑开挖及对既有线的影响[J].市政技术,2017(2):158-165.

[3]张国亮,韩雪峰,李元海,刘庆方.新建地铁车站基坑与既有车站结构间相互影响的数值分析[J].隧道建设,2011,31(3):284-288.

[4]徐乃芳,朱益龙,汪建良,彭孔曙.带联络线及大三角区的换乘车站围护结构设计要点研究[J].浙江建筑,2017,34(4):20-24.

[5]李兴高.既有地铁线路变形控制标准研究[J].铁道建筑,2014(4):84-88.

刘汉凯
《北方建筑》 2018年第2期
《北方建筑》2018年第2期文献

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