midas-gts-nx-建模教程在地下通道基坑施工中的应用

上海建工(集团)总公司上海建工（集团）总公司2008年8月GTS在地下通道基坑施工中的应用上海建工(集团)总公司提纲背景工程简述GTS计算及分析施工方案确定GTS的应用与展望上海建工(集团)总公司背景工程简述上海建工(集团)总公司“井字型”通道工程北外滩北横通道外滩通道东西通道南北通道陆家嘴外滩新建路越江人民路越江随着外滩、陆家嘴、北外滩区域开发容量的不断增加，在现有土地资源有限情况下，为了分离CBD过境交通和到发交通，提高路网的服务水平，向地下要空间，提出构建外滩及小陆家嘴地区“井字型”路网这一理念。上海建工(集团)总公司外滩通道南起老太平弄，北至武进路，全长约3720m，设匝道连接延安路高架和东长治路。外滩通道金陵东路～塘沽路主线地道采用双层布置，上层由南向北，下层由北向南，其余路段平面过渡分离。福州路～天潼路采用盾构法实施，长1098m，盾构机外径14.3m。其余路段采用明挖法、盖挖法实施。外滩通道工程概况天潼路工作井福州路工作井上海建工(集团)总公司外滩通道建成后的作用过境车辆从外滩通道直接通过外滩沿线，便捷迅速。路面车道仅服务于沿线商家和部门，可最大程度满足商务金融与旅游休闲的需求。环境品质全面提升，贴近自然。重塑功能，重现风貌。上海建工(集团)总公司区段工程概况施工区段为延安东路路口的4区主要保护性施工区段集中在4B区东门路~枫泾路新开河路~枫泾路新开河路~金陵东路延安东路~金陵东路延安东路~福州路延安东路高架及匝道上海建工(集团)总公司区段地质条件区段地质条件差②0、④软弱粘性土有较明显触变及流变特性，抗扰动能力差。局部出没③层淤泥质粉质粘土，土质也较差。区域内为古河道分布区域，暗浜多。层号名称厚度(m)含水量%重度(kN/m3)孔隙比塑性指数①填土1.333190.9217.2②0江滩土6.74117.71.0513.7④淤泥质粘土105617.01.52821.94⑤1粉质粘土7.044.917.61.2412.9⑤3粉质粘土夹粘质粉土20.53618.01.0817.9⑤4粉质粘土2.42419.30.689⑦1砂质粉土5.120.119.850.586.6⑦2粉细砂7.32619.90.7上海建工(集团)总公司通道与延安东路南北线隧道平面关系区域情况复杂通道上穿延安东路南北线隧道新天文台需保护地下人行通道需清除上海建工(集团)总公司通道与延安东路南北线隧道剖面关系施工条件苛刻隧道为双层结构宽12m、高9.5m。北线隧道正上方的基坑开挖平均深度为10.755m，最小覆土约5.4m。南线隧道正上方的基坑开挖平均深度为10.675m，最小覆土约7.225m。下卧隧道直径大（11.0m）基坑开挖卸荷面积大（105×12m）上海建工(集团)总公司地下障碍物情况8~10m洋松桩桩台基础原天文台基础示意图2700锚桩90010001500现天文台基础示意图1400025500老天文台桩基新天文台上海建工(集团)总公司地下障碍物情况依据最新线形，区段内通道局部区域仍有可能遇到老防汛墙蛮石坡堤上海建工(集团)总公司地表障碍物亚洲第一弯须拆除延安路人行天桥须拆除上海建工(集团)总公司施工方案研究上海建工(集团)总公司既有类似案例的比较分析与类似工程的比较根据表中所列数据，本工程挖深较大，覆土也较浅（北线），同时下卧隧道的直径达到11m（地铁隧道一般在6m左右），可见工程实施有相当的难度和风险。上海轨道交通上方大面积卸载的相关工程案例表1-1基坑卸载面积工程实例长宽基坑深度主要影响的轨道交通基底距隧道的竖向距离卸载范围内隧道长度隧道的方向东方路立交工程5318.16.72号线9.525与宽度方向约成45度角淮海路北风井50309.11号线7.930斜穿杨高路立交工程280347.42号线6.935与宽度方向约成10度角西藏路人民广场60553.81号线3.355平行于宽边上海广场基坑工程120806.71号线7.7（南坑）150斜穿整个基坑本工程1051410.25延安路南北线隧道5.4(北线)14南线基本正交，北线成74度斜交上海建工(集团)总公司延安路隧道保护目标的分析近年来对延安路隧道进行的变形监测数据：表中的高程为圆形隧道中防撞侧墙顶部测量点的高程外滩通道上穿区域的延安路南北线隧道近期来变形十分微小；2006年北线隧道最大沉降变化为3.19mm；南线隧道最大沉降变化为7.84mm；变形曲线比较平缓，没有出现间越式突变，延安路隧道目前较为稳定；其沉降变形随上海地区地表整体下沉而产生。2003年1月起始高程高程高程高程高程（M)(M)本次累计(M)本次累计(M)本次累计(M)本次累计89-20.63912-20.68233-18.63-91.84-20.681301.03-90.81-20.68329-1.99-92.8-20.680153.14-89.6690-20.53098-20.57483-20.01-93.48-20.573101.73-91.75-20.57448-1.78-93.53-20.571643.24-90.2991-19.70594-19.75123-20.13-95.24-19.749811.42-93.82-19.75216-2.35-96.17-19.748723.44-92.7392-19.57260-19.61761-20.62-95.43-19.615831.78-93.65-19.61835-2.52-96.17-19.614573.78-92.3982-24.65667-24.70134-17.12-73.08-24.693278.07-65.01-24.692021.25-63.76-24.69350-1.48-65.2483-24.54184-24.58706-16.64-72.64-24.578029.04-63.6-24.577820.2-63.4-24.58000-2.18-65.5884-23.57184-23.61816-18.64-80.67-23.608399.77-70.9-23.60931-0.92-71.82-23.61058-1.27-73.0985-23.45389-23.50026-17.86-80.2-23.491089.18-71.02-23.49153-0.45-71.47-23.49312-1.59-73.06北线南线点号2006年7月2006年10月升降量（mm）升降量（mm）升降量（mm）升降量（mm）2006年1月2006年4月上海建工(集团)总公司延安路隧道保护目标的分析应力历史及累积变形考察：北线1988年12月建成，至今19年；南线1996年11月建成，至今11年；北线隧道建成至今固结时间更长，从而更为稳定一些。北线隧道至今总计最大沉降为92.73mm；南线隧道至今最大沉降为73.09mm；可见整体性的沉降不会对隧道安全带来较大不利影响。北线隧道高程变化趋势-21.00000-20.70000-20.40000-20.10000-19.80000-19.500002006年1月2006年4月2006年7月2006年10月时间高程变化(M)89909192南线隧道高程变化趋势-24.80000-24.60000-24.40000-24.20000-24.00000-23.80000-23.60000-23.40000-23.200002006年1月2006年4月2006年7月2006年10月时间高程变化(M)82838485上海建工(集团)总公司延安路隧道保护目标的分析已有的地铁隧道保护要求已建运营隧道的沉降及水平位移≤20mm地铁隧道变形相对曲率≤1/2500地铁隧道变形曲率半径≥15000m延安路隧道保护要求的提出（规范未有明确规定）大直径公路隧道的整体性和总刚度都要高于地铁隧道。监测结果表明该区段的延安路南北线隧道变形趋势较为稳定。整体性的沉降对隧道影响相对较小。现阶段借鉴地铁隧道保护标准是可以满足延安路隧道变形控制要求的。上海建工(集团)总公司土体加固方法的分析水泥土搅拌法适宜于加固软土，加固效果较好，扰动较小。双液分层注浆环境影响较小，加固效果有限，施工质量难控制。高压喷射注浆法加固效果好，工速快，施工质量易于控制。为了减轻地基加固施工时对已建隧道的影响，考虑到搅拌桩加固过程中对基坑上部不加固区域土体的空钻扰动较大，对周边环境保护不利，建议采用高压旋喷对延安路隧道周边土体、以及隧道上方段基坑内土体进行加固。上海建工(集团)总公司区段内基坑围护及支撑选型研究根据工可设计该区段内采用两种围护形式，普遍设置三道支撑隧道上方保护区域内采用800mm灌注桩围护隧道侧方的区域采用600mm的地墙围护第一道为砼支撑700mm×800mm，其余2道为609钢管支撑（壁厚16mm），上海建工(集团)总公司区段内基坑围护及支撑选型研究经过初步计算，区段内围护稳定性基本满足一级基坑要求，但隧道正上方区域，由于受到隧道顶标高限制，插入比仅为0.5左右。建议坑内坑底土体满堂加固，提高整体稳定性。可将800mm灌注桩加大为900mm灌注桩。可考虑增加砼支撑道数，加大其刚度。d=0.8q=20(填土)(江滩土)(淤泥质粘土)hw=0.50.654.557.85H=10.55D=5灌注桩S=0.95m延安路隧道保护包络图(水土合算,矩形荷载)20100-10-200246810121416深度(m)水平位移(mm)Max:13.84002000-200-4000246810121416深度(m)弯矩(kN*m)-274.8~348.94002000-200-4000246810121416深度(m)剪力(kN)-109.2~260.268.8kN/m332.1kN/m308.2kN/m20(江滩土)(淤泥质粘土)(粉质粘土)10.555YXO安全系数K=1.06,圆心O(1.15,0)整体稳定验算上海建工(集团)总公司土方开挖过程中时空效应的应用及分析时空效应的应用及分析：分层分块抽条开挖，并在底板上及时堆载压重；南北线隧道两侧各设置800mm灌注桩封堵墙，形成南线隧道上方基坑、中间基坑、北线隧道上方基坑及4B与5A连接段共4个独立基坑；南北线隧道两侧的封堵墙部分灌注桩加深至下卧隧道下方，灌注桩钢筋锚入底板与底板形成门式抗浮体系；中间基坑及4B与5A连接段基坑先行施工，待这两段基坑结构施工完毕后开始进行南线及北线隧道上方基坑的施工；两个小基坑施工中隧道上方最后一层土体将再细分为小块开挖。每小块土体开挖完成后立即浇筑底板，并及时压重。上海建工(集团)总公司土方开挖过程中时空效应的应用及分析三维有限元模拟分析模型简介：以北侧隧道为模拟对象（覆土浅）模型土体边界50×45×60m模型元件包括土体、围护、支撑、隧道衬砌考虑土体弹塑性模型土层参数参考勘察资料，并考虑了土体加固上海建工(集团)总公司土方开挖过程中时空效应的应用及分析上海建工(集团)总公司土方开挖过程中时空效应的应用及分析本次计算所取数据是根据相应钻探资料并结合地区经验选取的，由于土层参数的变异性，仍然存在一定的误差，但是大体上是可以反映该区段土层物理力学性质的。层号名称厚度(m)压缩模量(Mpa)重度(kN/m3)内聚力(kpa)内摩擦角（度）①填土1.33.3191017②0江滩土6.77.218628.5④淤泥质粘土102.4617.01412.5⑤1粉质粘土7.04.1117.61214.5⑤3粉质粘土夹粘质粉土20.55.1318.01118.5⑤4粉质粘土2.47.2919.33616⑦1砂质粉土5.111.319.85528.5⑦2粉细砂7.314.7219.9240灌注桩、地墙30000(弹模)25隧道及支撑30000(弹模)25（隧道）76（钢支撑）上海建工(集团)总公司土方开挖过程中时空效应的应用及分析开挖工况的模拟分析第一次开挖隧道侧方基坑侧方