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常见的挡土结构有地下连续墙、钻孔灌注排桩或钢板桩等;支撑系统有锚杆或喷锚、混凝土支撑和钢支撑等。传统的深基坑工程一般采用单一的挡土结构加单一的支撑系统作为支护结构。近年来大量的深基坑工程受周围建筑与地下管线、场地条件、地层情况、水文地质等条件的影响,更多的采用复合支护设计方案。本文中,上部放坡、钻孔桩和旋喷桩围护、预应力锚索和钢支撑混合支撑的新型支护方式在铁路隧道明挖基坑中的运用很成功,体现了复合支护方案的合理性和优越性,为基坑工程的支护技术提供了有利的参考,为相似工程提供了有利的借鉴。
本文总结了围护结构内力与变形常用的研究方法,分析了内力与变形的机理。从支护结构内力和变形两个角度,分析探讨了围护桩刚度、支撑预加轴力、开挖、岩土工程条件等对支护结构内力和变形的影响,并提出了一些控制基坑变形的措施。总结概括了围护结构上的侧向土压力。结合工程实践,以海南东环铁路美兰机场隧道明挖基坑工程为例,提出了两种复合支护方案。分析了两种方案的优缺点,论述了复合支护方案的实施情况。在基坑开挖期间对基坑支护结构及周边环境进行了施工现场监测。对现场监测的数据进行了整理、分析。运用FLAC3D软件对两种支护方案进行模拟计算,分析了不同支护结构的变形和受力特点。将数值模拟与实测数据进行了比较,掌握基坑变形的变化动态,总结了基坑施工中支护结构内力与变形规律。在此基础上总结了基坑工程变形的控制手段,从而为设计优化提供了方法和依据,同时也对信息化施工和基坑的监测工作起到了重要的指导和参考作用。最后,结合论文的结论以及工程中所遇到的问题,提出了今后研究的建议与展望。
本文的主要结论如下:
(1)桩体水平位移随基坑的深度逐渐减小,在基坑顶部位移最大,基坑底部位移趋于零。呈现“上部大、底部小”的趋势,最大位移一般出现在基坑上部冠梁下方2~5米处。
(2)预应力锚索轴力在基坑开挖时变化较大,基坑开挖完成后逐渐趋于稳定,轴力值变化较平稳,总体呈增大趋势。
(3)钢支撑架设后,监测到的轴力有不断增加的趋势,监测值有小的跳动,但最终趋于稳定。
(4)总体而言,混合支撑方案数值模拟和现场监测的趋势基本一致。新型支护方式在铁路隧道明挖基坑中的运用很成功。