富水承压地层地铁深基坑施工效应及回灌参数优化研究

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在富水承压地层深基坑工程中,由于地层的高含水率与高承压水头,在基坑开挖过程中经常会出现围护结构水平位移超限和坑底突涌等现象。针对这些问题,在开挖的过程中往往需要进行降水施工,然而降水施工会对地下水资源和周边环境造成严重破坏。因此,为保护地下水资源和环境,在降水施工后有必要进行回灌施工。在回灌施工中,回灌井的深度、位置以及回灌压力等施工参数都会对回灌的效果产生影响,因此需要对这些施工参数进行优化研究,同时考虑经济性和可行性等因素最终确定最优的施工方案。本文依托济南轨道交通项目开源路站富水承压深基坑工程,结合有限元分析与现场监测数据,对基坑施工效应进行分析,运用正交实验分析法—模糊层次分析法—价值工程法三种优化方法对富水承压地区基坑回灌施工方案进行优化设计。全文主要工作和结论如下:(1)首先对现场监测数据进行分析,结果表明回灌施工能一定程度上恢复地下水的渗流量,同时有效减缓基坑开挖带来的坑周地表沉降。然而,回灌灌入的地下水压力使得基坑围护结构两侧不平衡压力增大,导致基坑围护结构水平位移的进一步增大,且不平衡压力较集中于围护结构的中下部,易挤压基坑底部土体形成“踢脚”工况。(2)运用Midas GTS NX有限元软件对开源路站基坑开挖、降水和回灌施工过程进行模拟,将模拟结果与监测数据进行对比分析,验证了有限元模型的正确性。该有限元模型将作为本文正交实验分析法的数值实验模型。(3)基于正交实验分析法对回灌施工参数的敏感性进行分析,结果表明,回灌压力和回灌深度是回灌施工中地表沉降和地下水渗流的主要影响因素。在一定范围内,回灌压力与回灌深度越大,回灌效果越好。但是过大的回灌压力会降低基坑施工的安全性,过深的回灌深度则会对更广范围的地下水渗流产生影响,从而影响更大范围的水文地质条件。因此在回灌施工中应基于实际施工要求进行回灌的参数控制。基于正交实验分析法,利用上述有限元模型进行数值实验,得出在功能性方面的最优回灌施工参数为A5B2C1D4(A5回灌深度-50m、B2回灌距离20m、C1回灌井间距10m、D4回灌压力40k Pa)。(4)在客观的正交实验分析法的基础上,结合主观的模糊层次分析法与价值工程法,提出了正交实验分析法—模糊层次分析法—价值工程法三者结合的优化分析方法。该方法考虑人对实际基坑工程回灌施工的主观能动性,将26个方案的功能值与成本值进行比较,分析不同方案的价值量,得出了考虑施工成本之后兼具功能性和经济性的价值最优回灌施工参数为A1B1C1D1(A1回灌深度-10m、B1回灌距离12m、C1回灌井间距10m、D1回灌压力10k Pa)。以上方案可为富水承压地区基坑回灌施工提供参考。
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