兰州所处地域水文和地质状况独特,地铁建设还处于起步阶段且施工设计多以深基坑为主,支护设计、实地监测数据和数值模拟还不完善,而当今基坑的设计原则正从强度破坏极限状态向着变形极限状态控制发展,因此展开对该地区地铁深基坑稳定性及变形研究意义重大。本文以兰州地铁1号线马滩车站典型深基坑开挖工程为研究对象,以理论分析、三维有限元数值模拟及现场监测相结合的研究方法进行了该深基坑稳定与变形特性研究。利用理正(F-SPW7.0)基坑支护设计软件对马滩站采用的钻孔灌注桩+钢支撑的支护方案进行了仿真模拟,分析了支护结构内力及位移变化规律;运用MIDAS/GTS NX岩土分析软件建立三维有限元模型,对该基坑开挖过程进行模拟分析,研究了基坑在实际开挖过程中弯矩、剪力、桩体水平位移、地表沉降及基底隆起变形特征,并运用三角形法、指数法、抛物线法对马滩站地表沉降量进行预测分析。本文研究的主要结论如下:(1)运用理正深基坑支护设计软件对马滩站26.08m深基坑开挖过程进行仿真模拟表明,随着基坑开挖深度增加,支护结构上的位移逐渐增大,开挖至16.76m处时,支护结构位移变发生了突变;支护结构上的弯矩及剪力均随基坑开挖深度的增加而增大,在加撑条件下,支护结构所受弯矩略有减小,表明该支护结构类型对周围墙体的受力有一定约束作用;计算表明马滩站基坑整体稳定性、抗倾覆稳定性及抗隆起稳定性均满足设计和规范要求。(2)通过对基坑支护结构突变位移分析表明该土层之间的接触面存在一定的裂隙或节理。基坑降水的条件下,由全新统人工填土(Q4m1)、冲积(Q4a1)砂卵石土及下更新统冲积(Q1a1)卵石土组成的地层中,基坑开挖至基底过程中,最大土压力始终为254.52k N/m。(3)通过模拟结果与实际监测数据对比分析表明,MIDAS/GTS NX软件模拟出的地表沉降量较小,理正抛物线法模拟得出的数据与实测数据吻合,均小于警戒值30mm;基坑桩体水平位移在开挖初期变化明显,开挖至基底,由于存在8m的嵌固深度,桩体水平位移趋于稳定且略有减小;开挖结束基底最大隆起量为73mm,可考虑在基底中心设置限位桩来降低隆起量。(4)通过利用MIDAS/GTS NX数值模拟基坑加撑过程表明,钢支撑受力最大部位位于第三道支撑,故对第三道支撑应做适当的加撑处理;由地连墙弯矩的变化可以看出,开挖至基底弯矩的最大值都集中在基坑的中部偏下区域。(5)马滩站地下水为第四系松散层孔隙潜水,含水层主要为第四系砂卵石层,通过对马滩站基坑降水的计算表明,对于面积和深度较大基坑,应考虑地表水的汇集及处理措施;采用管井降水抽取该层的孔隙潜水,以保证基坑施工不受地下水的影响;布置抽水井控制基坑中部水位深度;此外,由于地下水潜水补给来源主要来自黄河水、上游地下水、大气降水等,基坑四周必须采用合适的井间距布置。