沈阳市综合管廊J09节点井临近建筑物有限元分析

沈阳市综合管廊J09节点井临近建筑物有限元分析

北京城建设计发展集团股份有限公司辽宁110042

摘要:在管线安全事故频出的大背景下,综合管廊在城市中正发挥着自己的重要作用,同时,城市地面交通十分拥堵。在城市核心区,很多地下工程需要临近建筑构施工,为更好地满足基坑及建筑物的安全,需要进行完善合理的设计。

关键词:管廊;节点井;建筑物

1工程概况

J09节点井位于文艺路与三好街交叉路口的东侧。本节点井中心里程为右K3+574.547,主体结构基坑长为22.7m,宽为22.7m,深17.5m。结构形式采用两层三跨的箱形框架结构,顶板覆土约3.2m,采用明挖法施工。本基坑采用Φ800@1200mm钻孔灌注桩加内支撑的支护形式。J09节点井距离3层建设银行最小谁净距约15m,建设银行为钢筋混凝土结构,条形基础,无地下室,埋深2m。

图1-1J09节点井与建行平面关系图

2工程地质和水文地质

2.1工程地质

主要地层由上到下描述如下:

杂填土:杂色,稍湿,松散,主要由黏性土、碎石、砖头等组成,局部含有部分植物根系。该层除河面以外分布连续。层厚1.00~8.00m。

粉质黏土:黄褐色,硬塑~软塑,状态不稳定,中等压缩性,稍湿,切面稍有光泽,无摇振反应,干强度中等,韧性中等,局部可见该地层。层厚0.70~3.80。

淤泥质粉质黏土:灰黄色、灰褐色,中密,湿~饱和,位于水面以下,主要由黏性土、混砾砂、圆砾堆积,有腥臭味。该层分布不连续。层厚1.00~1.70m。

圆砾:黄褐色、灰褐色,密实状态,湿~饱和。母岩成分不一,以砂岩、结晶岩、石英、花岗岩为主。局部含少量卵石,磨圆度较好,呈亚圆形,椭圆形。一般粒径2~20mm。最大粒径80mm。中、粗砂充填。该层分布不连续,厚度0.80~10.60m。

2.2水文地质

本工程位于冲洪积扇中部,沉积的地层颗粒粗,分布连续,局部地段上覆粘性土层。工程围内的地下水赋存于圆砾、砾砂等土层中,按埋藏条件划分,属第四系孔隙潜水。D2盾构井~D3盾构井区间稳定水位埋深约为8.30m~20.70m,相当于水位标高25.12m~38.98m,抗浮设防水位标高建议值为:42.00米。

3计算内容及方法

3.1计算内容

(1)建立二维有限元计算模型,模拟新建工程的施工过程,包括J09节点井基坑开挖对3层建设银行的影响,提供临近建筑物结构的变形分析结果。

(2)根据计算结果,分析新建工程的施工过程对临近的安全性影响。

3.2计算方法

考虑到施工引起的既有结构的沉降与地层关系密切,采用地层—结构模型进行变形分析。本次计算采用ANSYS软件,分别建立二维有限元模型,模拟J09节点井基坑临近3层建设银行,分析对临近结构的安全性影响,提供既有结构的变形分析结果,评估既有结构的安全性,并提出新建工程的施工过程时既有地铁结构的变形控制标准和保护措施。

3.3模型假定

(1)新建工程的施工过程期间,既有结构仅考虑正常使用工况,不考虑地震、人防工况;

(2)假定既有结构为线弹性材料;

(3)假定新建基坑、既有结构及土体之间符合变形协调原则;

(4)通过刚度等效的方法,将既有地铁结构和围护桩等效为一种同刚度材料;

(5)本评估分析的前提是施工处于正常良好控制的条件。

4节点井主体结构基坑临近3层建设银行

4.1计算模型

考虑到施工过程中的空间效应,计算模型取新建工程工程施工对既有结构的有效影响范围,本评估中取长100m、自地表45m土体作为考察范围,重点考察既有3层建设银行结构由于新建节点井主体结构基坑施工产生的变形,分析施工对既有结构产生的影响。计算模型不同的土层和结构采用不同的材料属性常数,模拟边界条件的选取时除了顶面取为自由边界,其他面均采取法向约束。

4.2模拟工序

根据新建基坑的施工步骤,按最不利条件进行模拟,如5.1-1所示。模拟阶段图如下图所示。

表5.1-1施工模拟说明

4.3变形预测

新建基坑施工完成后,建设银行的最大竖向变形值为4.78mm,下沉变形,发生在工序四,变形部位位于距离基坑最近处侧墙;最大横向变形值为5.63mm,向开挖一侧偏移,发生在工序四,部位位于结构顶部。

5结语

我国管廊行业发展不断深入,计算方法和理论也在进一步完善,在今后的发展过程中,会有更科学更经济的设计方法出现,使管廊工程的设计达到更加令人满意的程度。

参考文献:

[1]《沈阳市地下综合管廊(南运河段)工程J09节点井区段标准段主体结构》(2016年11月);

[2]《沈阳市地下综合管廊(南运河段)工程2#盾构井至3#盾构井区间岩土工程勘察报告(详勘阶段)》(2015年12月);

[3]《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)

[4]《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB50911-2013)。

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