基于邁達(dá)斯GTS-NX軟件的地鐵深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

回鑫權(quán)

◆摘? 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市空間開始呈現(xiàn)出“寸土寸金”的狀態(tài)，因此在城市規(guī)劃中對地下空間的利用越發(fā)重視。城市規(guī)模的擴(kuò)大也導(dǎo)致城市人口的不斷增多，其結(jié)果就是造成了較為嚴(yán)重的交通擁堵問題。在城市交通中地鐵是對地下空間利用最多的設(shè)施，地鐵設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營不僅充分的利用了地下空間節(jié)省了城市緊張的空間問題，還緩解了大中城市的交通擁堵問題，便利了城市居民的出行。深基坑工程作為地鐵施工的重要環(huán)節(jié)之一，其設(shè)計(jì)與施工關(guān)系到工程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和施工人員及周邊居住人員的安全問題。盡管我國在基坑的設(shè)計(jì)與施工方面有著一定的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)水平，但是在施工過程中還是會(huì)出現(xiàn)基坑內(nèi)部變形過大導(dǎo)致工程無法正常進(jìn)行的現(xiàn)象，更嚴(yán)重的是在城市人口密集的地區(qū)深基坑的坍塌失穩(wěn)導(dǎo)致重大安全問題的事故，造成了大量的人員傷亡。將基坑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)、安全、合理是我們需要達(dá)到的工程技術(shù)水平。

本論文以廣州地鐵某深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)為工程實(shí)例，通過所給的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件等設(shè)計(jì)資料，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ 120—2012中的要求，進(jìn)行了支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與比選，主要內(nèi)容為選取邁達(dá)斯MIDAS/GTS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，對模型進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析，提取模型中各部分剪力、彎矩、軸力、位移等參數(shù)。

◆關(guān)鍵詞：地鐵;深基坑;支護(hù);有限元

一、設(shè)計(jì)背景及研究現(xiàn)狀

在地鐵的施工中，深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是地鐵建設(shè)的最重要的問題之一，雖然我國對于深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)已經(jīng)有了部分理論體系，但是還是會(huì)因?yàn)槿珖鞯厮牡刭|(zhì)條件的差異、設(shè)計(jì)與施工的細(xì)節(jié)等諸多因素，導(dǎo)致在深基坑支護(hù)施工過程中還會(huì)有部分問題存在。在地鐵工程中，基坑的設(shè)計(jì)和施工是保證施工安全和施工順利進(jìn)行的前提。

由于在基坑施工與設(shè)計(jì)過程中缺少成熟的指導(dǎo)體系，在基坑的建設(shè)中還是會(huì)發(fā)生一些工程事故?；觾?nèi)部變形過大，導(dǎo)致施工空間不足，無法正常施工;基坑坍塌導(dǎo)致施工人員的生命安全受到威脅;基坑內(nèi)部的變形甚至?xí)痈浇慕ㄖ推渌叵聵?gòu)筑物產(chǎn)生影響。由此可見基坑的設(shè)計(jì)一定要保證工程建設(shè)的安全可靠。因此我們需要使用科學(xué)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出一份經(jīng)濟(jì)、安全、合理的設(shè)計(jì)方案。

有限元數(shù)值模擬

材料參數(shù)：素填土層，材料屬性各項(xiàng)同性，材料類型修正莫爾-庫倫，泊松比0.33，容重19.1（KN/m3），K0=0.5，內(nèi)摩擦角8.57（°），粘聚力17（KN/m3）;淤泥質(zhì)土層，材料屬性各項(xiàng)同性，材料類型修正莫爾-庫倫，泊松比0.33，容重18.3（KN/m3），K0=1，內(nèi)摩擦角10.66（°），粘聚力3.66（KN/m3）;粘性土層，材料屬性各項(xiàng)同性，材料類型修正莫爾-庫倫，泊松比0.33，容重20.6（KN/m3），K0=1，內(nèi)摩擦角24.62（°），粘聚力24.62（KN/m3）;中砂，材料屬性各項(xiàng)同性，材料類型修正莫爾-庫倫，泊松比0.33，容重19.7（KN/m3），K0=1，內(nèi)摩擦角40（°），粘聚力0（KN/m3）;鋼筋混凝土，材料屬性各項(xiàng)同性，模型類型彈性，彈性模量25（GPa），泊松比0.3，容重25（KN/m3），阻尼比0.05，K0=1，熱膨脹系數(shù)1e-6;鋼筋混凝土，材料屬性各項(xiàng)同性，模型類型彈性，彈性模量200（GPa），泊松比0.3，容重78.5（KN/m3），阻尼比0.05，K0=0，熱膨脹系數(shù)1e-6;

施工階段定義：階段一（需勾選位移清零）激活數(shù)據(jù)網(wǎng)格（素填土層、淤泥質(zhì)土層、粘性土層、中砂層、中砂底層、開挖1-1、開挖1-2、開挖2、開挖3-1、開挖3-2、開挖4-1、開挖4-2）;階段二，激活數(shù)據(jù)網(wǎng)格（地下連續(xù)墻）;階段三，激活數(shù)據(jù)網(wǎng)格（第一層錨桿），鈍化數(shù)據(jù)網(wǎng)格（開挖1-1、開挖1-2網(wǎng)格部分）;階段四，激活數(shù)據(jù)網(wǎng)格（第二層錨桿），鈍化數(shù)據(jù)網(wǎng)格（開挖2）;階段五，激活數(shù)據(jù)網(wǎng)格（第三層錨桿），鈍化數(shù)據(jù)網(wǎng)格（開挖3-1、開挖3-2）;階段六，鈍化數(shù)據(jù)網(wǎng)格（開挖4-1、開挖4-2）.

分析結(jié)果提?。河蓤D中模型各部分顏色對照右側(cè)信息可以提取出各部分位移值。開挖至坑底支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移絕對值為26.4433mm，在25-30mm之間，根據(jù)《建筑基坑工程檢測技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009，該基坑施工符合檢測控制要求;支護(hù)結(jié)構(gòu)各部分彎矩值，其中最大彎矩為237.52[KN?m];各部分剪力值，其中最大剪力值為157.35KN;各部分軸力值，其中最大軸力值為618.92KN。

二、結(jié)論

本論文以廣州地鐵某深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)為工程實(shí)例，根據(jù)所給的設(shè)計(jì)資料和《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ 120 2012中的要求，進(jìn)行了支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要結(jié)果如下：

（1）土壓力計(jì)算采用朗肯土壓力計(jì)算，最終最大主動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果為580.98KN，最終最大被動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果為4708.89KN。

（2）使用邁達(dá)斯GTS NX建立地下連續(xù)墻與錨桿相結(jié)合的實(shí)體模型，開挖至坑底支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移絕對值為26.4433mm，在25-30mm之間，根據(jù)《建筑基坑工程檢測技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009，該基坑施工符合檢測控制要求。

參考文獻(xiàn)

[1]楊葵鳳.地鐵深基坑支護(hù)形式優(yōu)化選型分析[D].鄭州：鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015.

[2]李亞龍.粉沙土質(zhì)地鐵車站深基坑支護(hù)有限元模擬分析[D].河北：河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014.

[3]何瑞.杭州某地鐵深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬[D].安徽：安徽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2017.