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软土地区邻近地铁隧道的基坑支护优化设计研究

胡军华  
【摘要】:随着城市轨道交通的快速发展,邻近地铁隧道的基坑工程逐渐增多。特别是在软土地区,邻近的基坑开挖会破坏原有的土体应力平衡,容易造成隧道发生较大位移和变形。此类基坑的设计除了要保证基坑自身的安全稳定外,还须保障地铁设施的正常运行,并尽可能降低工程造价。因此,研究软土地区地铁隧道邻近基坑的优化设计具有重要的现实意义。本文以邻近杭州地铁1号线的伟东基坑的优化设计为研究载体,首先收集了软土地区地铁隧道邻近基坑的实例,总结此类基坑的常见支护形式和支护结构细部参数的取值范围;然后以伟东基坑的优化设计为例,采用正交试验设计和模糊综合评判法以确定支护结构的优化细部参数;最后对基坑的优化方案进行了验证,并进行了深化设计。本文的主要研究成果如下:(1)收集了软土地区邻近地铁隧道的40个基坑的案例,分析了基坑与隧道的相对位置关系对隧道位移的影响,总结了此类基坑的主要支护形式和相应的支护结构细部参数的合理取值范围,介绍了邻近地铁隧道基坑的常见设计、施工的技术措施。(2)以“排桩+2道钢筋混凝土支撑”的支护方案为例,介绍了基于正交试验设计的支护结构细部参数的优化方法。优化问题将排桩的桩径、桩净距、桩长、各道支撑的竖向间距和截面积等细部参数作为设计变量,将围护桩的最大侧向位移、隧道的最大水平位移、隧道的最大竖向位移以及基坑每延米的造价作为评价指标。采用PLAXIS有限元软件计算隧道的位移和基坑的变形,引入模糊综合评价隶属度以解决多指标矛盾的问题,对综合评价隶属度做极差分析,得到支护结构细部参数的优化组合方案。(3)结合杭州伟东基坑的优化设计实践,采用正交试验设计方法,因优化因素共7个,选用L49(78)正交表,各因素共7个水平,计算各次试验的4个评价指标值。以层次分析法确定各评价指标的权重,计算各正交试验的模糊综合评价隶属度,并对综合评价隶属度进行极差分析,得出优化的支护结构细部参数。最后对该支护结构细部参数组合方案进行了验证,并进一步对支护方案深化设计。


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