CN111877298A - 一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，包括以下步骤：施工前序车站，布设监测系统，完成后续车站基坑的竖向围护结构和降水工作；对前序车站和后续车站形成的共壁平行车站进行建模；根据数值建模对前序车站基坑施工进行分析，对后序车站基坑变形进行叠加；对后序车站基坑开挖和围护结构进行风险判断，若风险超出设定值，对后序车站基坑、围护结构进行加固。

Description

一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

目前，随着城市建设的发展，平行换乘枢纽中后序(新建)车站基坑与前序(既有)车站基坑会有共用围护结构的情况形成共壁平行车站体系。而发明人发现，现有基坑工程的设计理论与施工方法均无法考虑前、后序车站之间的相互影响尤其是前序车站围护墙变形对后序车站基坑施工的影响，共壁平行车站体系一般处在较为复杂的环境中，采用现有方法进行施工存在较大的安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，该方法可以分析前、后序车站施工的相互影响，掌握共壁基坑变形规律，保障共壁平行车站体系基坑施工过程中施工安全，节约工程造价和工期。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，包括以下步骤：

施工前序车站，布设监测系统，完成后续车站基坑的竖向围护结构和降水工作；

对前序车站和后续车站形成的共壁平行车站进行建模；

根据数值建模对前序车站基坑施工进行分析，对后序车站基坑变形进行叠加；

对后序车站基坑开挖和围护结构进行风险判断，若风险超出设定值，对后序车站基坑、围护结构进行加固。

作为进一步的技术方案，建模过程中，先选取土体本构模型和土层参数，再根据监测系统的监测数据对选取土层参数进行验证，若选取的土层参数不合理，则对建模中的土层参数进行调整。

作为进一步的技术方案，验证过程为：将选取的土层参数代入数值模型进行计算，所得结果与监测系统监测数据进行比对，若二者误差小于设定值，则选取的土层参数合理，若二者误差大于设定值，则选取的土层参数不合理，则调整土层刚度参数的比例。

作为进一步的技术方案，所述监测系统包括测斜管和测斜仪，用以监测基坑水平变形位移和竖向变形位移，测斜管按平行于基坑围护结构以20-30m的间距布设。

作为进一步的技术方案，前序车站基坑施工分析和后续车站基坑变形叠加的过程为：通过建模计算，在前序基坑已有的变形基础上将后序基坑开挖对前序基坑变形的影响叠加至前序基坑上。用PLAXIS建模对后序基坑开挖支护各步骤所引起的基坑变形进行计算，并将其对前序基坑的影响叠加到前序基坑之上。

作为进一步的技术方案，风险判断时，分别对车站围护结构的侧移和竖向位移进行对比分析。

作为进一步的技术方案，计算后序车站围护结构非共壁墙不同剖面处的水平位移，若水平位移超出设定值，则进行加固；同时分析后序车站基坑开挖后对前序车站围护结构各板竖向位移的影响，若竖向位移超出设定值，则进行加固。

作为进一步的技术方案，前序基坑的存在影响后序基坑围护结构的侧移，若围护结构水平位移超出设定值，则对后序基坑围护结构侧移进行进行变形控制：将基坑支撑的横向间距和竖向间距调小。

作为进一步的技术方案，若后序基坑开挖变形叠加后前序基坑围护结构的竖向位移大小超出设定值，则对后序基坑基底进行加固，基坑基底加固方法采用袖阀管注浆加固法。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

1.本发明的方法，安全可行、适用范围广泛，采用岩土工程数值计算软件建立共壁平行基坑全过程施工模型，考虑了平行车站前序施工变形，考虑了现有设计理论难以解决的问题。

2.本发明的方法，通过数值模拟，可以准确将后序车站的影响叠加在前序车站上，提出了针对性的基坑加固方法，提高了工效，保障了既有前序车站的运营安全，避免了事故的发生，同时节约了修缮成本，使工程施工更加科学、环保、经济。

3.本发明的方法，通过数值模拟和监测数据相结合，建模分析既有和新建车站围护结构位移，采用所提出的针对性的基坑加固方法，减少了共壁车站的施工工期，同时避免了既有车站的维护，从而节约工程造价。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的监测加固方法的流程图；

图2是本发明具体实施例中某轨道交通R1与R2线车站共壁施工段平面关系图；

图3是本发明具体实施例中某轨道交通模型支撑平面示意图；

图4是本发明具体实施例中某轨道交通模型三维模型示意图；

图5是本发明具体实施例中某轨道交通模型网格划分示意图；

图6是本发明某轨道交通R2线共壁段基底加固示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中如出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，包括以下步骤：

1)在前序车站正常施工且监测系统埋设完成后，完成后序基坑的竖向围护结构和降水工作，使后序基坑具备开挖条件；

本发明中涉及的共壁平行车站是指两条或多条地铁线路在同一站点的车站存在共用围护结构，前序车站即指两条或多条线路中其中一条已建的车站，前序基坑即指前序车站施工时所开挖基坑，后续车站即指其他线路拟建车站，后续基坑则指后续车站施工时所开挖基坑。

2)采用PLAXIS岩土软件对平行车站模型进行建模；

3)对建模过程中的土体本构模型和土层参数进行选取；

4)根据前序车站监测系统监测整理所得监测数据来验证建模过程中土层参数选取的合理性，若不合理，则对土层参数进行调整；

5)根据数值建模对前序基坑施工进行分析和对后序基坑变形进行叠加；

6)对后序基坑开挖和围护结构进行风险判断，为保障平行车站体系安全，作出相应的调整加固措施。

上述步骤中，其中监测系统包括测斜管和测斜仪，主要监测基坑水平变形位移和竖向变形位移，测斜管和测斜仪的布置需因地制宜，合理布置，测斜管一般按平行于基坑围护结构以20-30m的间距布设。

上述步骤中，其中建模过程采用PLAXIS大型岩土工程软件，模型中所采用的土体本构模型为可考虑土体卸载特征与小应变特征的硬化土小应变模型(HSS模型)。

上述步骤中，其中监测系统埋设要合理，能及时收集并整理前序基坑开挖时围护结构的变形。

上述步骤中，其中初选土层参数后代入前序基坑数值模型进行计算，根据前序基坑施工计算步，取不同工况，对比各工况下计算和监测系统所得水平位移随围护结构深度的变化，当计算值与监测值两者误差较小时，可认为所取土层参数合理；当两者误差较大时，则对数值模型中的土层参数进行调整。

调整方法为调整土层刚度参数的比例，刚度参数以E_s ^1-2为基础，对于粘性土可取G₀ ^ref：E_ur ^ref：E₅₀ ^ref：E_oed ^ref：E_s ^1-2＝12：8:1:1:1，微调比例，如调整E_oed ^ref比例为0.9，E₅₀ ^ref比例为1.1，E_ur ^ref比例为7.9，G₀ ^ref比例为11.9，直至调整后土层参数的验证与监测所得的监测数据误差较小，则可认为土层参数的选取是合理的。

上述步骤中，由于前序车站和后续车站的共壁墙经历二次开挖，在二次开挖时会对监测仪器造成一定的影响甚至破坏，从而导致监测结果误差较大，因此前序车站监测系统监测数据应取非共壁墙所得数据。

上述步骤中，其中前序基坑施工分析和后序基坑的变形叠加由数值模型进行计算分析，应对后序车站非共壁墙不同剖面处的侧移和共壁墙的剖面进行分析。

前序基坑施工分析和后序基坑的变形叠加的过程为：通过建模计算，在前序基坑已有的变形基础上将后序基坑开挖对前序基坑变形的影响叠加至前序基坑上。用PLAXIS建模对后序基坑开挖支护各步骤所引起的基坑变形进行计算，并将其对前序基坑的影响叠加到前序基坑之上。

上述步骤中，其中风险分析需分别对车站围护结构的侧移和竖向位移进行分析。分析后序车站基坑围护结构非共壁墙计算所得不同剖面处的水平位移，若水平位移超出规范要求，则采取相应加固措施，否则无需加固。侧移的控制通过调整基坑支撑的横向与竖向间距实现，支撑的横向间距调小时，每道支撑承担由墙体传递来的荷载也减小，此时支撑的压缩变形较小。当支撑的竖向水平间距较小时，支护系统的整体刚度较大。同时分析后序车站基坑开挖后对前序车站围护结构各板竖向位移的影响，若竖向位移超出规范要求，则对后序车站基坑坑底采取加固措施，否则无需加固。基底加固采用袖阀管注浆加固法。

围护结构侧移需根据相关规范要求判断是否采取加固措施，如一级基坑，一般围护结构水平位移不宜大于30mm，若侧移超过该数值，则进行加固，否则无需加固；围护结构竖向位移根据城市轨道交通工程监测技术规范(GB 50911-2013)规定地铁车站主体结构的不均匀竖向位移不得超过4mm/10m来判断是否需要采取加固措施，若超过围护结构竖向位移超过4mm/10m，则对围护结构进行加固，若不超过则不进行加固。

上述步骤中，其中后序基坑基底加固根据后序基坑开挖变形叠加后前序基坑围护结构竖向位移大小是否超过规范要求进行加固，若超出规范要求，则进行加固，否则不需加固。基底加固方法采用袖阀管注浆加固法，该方法可通过较大的压力将浆液注(压)入岩土层中，使松散的地层得到很好的注浆加固效果，从而减小坑底土体隆起，同时使围护结构具有更好的嵌固效果。

袖阀管注浆加固法的工艺流程包括：1)测量放样；2)钻孔；3)下管；4)洗孔；5)封口；6)注浆。

袖阀管注浆加固法施工时应注意以下质量要求：

注浆材料满足设计要求，严禁使用过期浆液，浆液配比应符合设计要求，配浆时最大误差为±5％；

浆液搅拌必须均匀，水泥浆搅拌时间为3～5分钟，但不得超过30分钟，未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用；

注浆施工时，应在地表设置3-5个水准观测点进行监测，不允许地面产生裂缝和抬升情况；一旦发现地面有产生裂缝和抬升倾向，必须及时调整注浆压力和注浆量；

注浆过程中，随时关注泵压和流量变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间不上升，应查明原因，如工作面漏浆，可采取封堵措施；如跑浆可通过调换浆液、调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，进行大泵量、低压力注浆，必要时采用间歇注浆，以达到控域注浆目的；

严格进行注浆效果检查评定。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

以某轨道交通R2线明挖基坑工程与既有R1线车站存在共用围护结构段为实例。采用如上所述的考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，具体流程为：

1)在前序车站正常施工且监测系统埋设完成后，完成后序基坑的竖向围护结构和降水工作，使后序基坑具备开挖条件。

2)采用PLAXIS岩土软件对平行车站模型进行建模；

根据某轨道交通R1、R2线车站平面位置关系建立三维模型，由于车站整体长度较长，因此取该共壁车站施工段(长100m)进行建模，R1与R2线车站共壁施工段平面关系如图2所示，建模过程网格划分如图5所示。

3)对建模过程中的土体本构模型和土层参数进行选取；

根据工程实际确定土层HSS参数，该实施例中，工程场地主要由黄土、粉质粘土、黏土层和砂层组成，分布稳定，地下水埋深约为10m。依据相关规范，可将地下50m内的土层自上而下划分为：⑧₁黄土层、⑨₁粉质粘土层、⑩₄细砂层、

粘土层、

粗砂层，各土层的HSS参数可根据工程勘察报告与地区经验公式进行初选。

4)根据前序车站监测系统监测所得监测数据来验证建模过程中土层参数选取的合理性；

前序基坑按计算步进行计算后，将墙A中点处的计算结果与监测数据进行对比，根据比对情况调整土层参数，若计算结果与监测数据误差小于10％，则认为所得土层参数是准确的HSS参数。

5)根据数值建模对前序基坑施工进行分析和对后序基坑变形进行叠加，即将后序基坑开挖后对前序基坑变形的影响叠加在前序基坑先前的变形上，通过建模计算后序基坑施工计算步各工况的变形，将各工况对前序基坑的影响叠加至前序基坑上。

取后序车站非共壁墙不同剖面处的侧移和共壁墙的不同剖面进行分析，对各剖面的侧移和竖向位移进行对比分析。

6)对后序基坑开挖和围护结构进行风险判断，为保障平行车站体系安全，作出相应的调整加固措施。

由上述分析监测结果，墙B的异常变形影响了墙E的侧移，但是其位移量仍满足基坑工程的安全要求，故无需采取相应加固措施。R2后序基坑的开挖使得R1线车站各板发生了较大的不均匀竖向位移，R2后序开挖卸载效应叠加R1前序开挖导致的坑底变形，使得R1线既有车站主体发生了较为明显的不均匀沉降，现有施工方案导致R1既有车站的不均匀竖向位移已经超过规范限值。

为保障既有车站安全，需降低R2基坑开挖导致的坑底隆起量，地基注浆加固既可减小坑底土体隆起，又可减小支护结构变形。因此可采用基底加固方法的袖阀管注浆加固法减小R2坑底隆起。具体加固施工示意图如图6所示。

采用袖阀管加固后，R1既有车站各板不均匀竖向位移得到了良好控制。基底加固后，继续R2车站的正常施工。施工过程仍应严格按照建筑基坑支护技术规程的要求进行基坑的施工监测，监测结果及施工效果显示基底加固保证了R1既有车站的安全及R2车站墙E的侧移，监测显示其最大侧移累计量为12mm左右，满足规范要求。

本发明的实施方案，通过数值模拟，可以准确将后序车站的影响叠加在前序车站上，考虑了平行车站前序施工变形，考虑了现有设计理论难以解决的问题，同时提出了针对性的基坑加固方法，减少了共壁车站的施工工期，同时避免了既有车站的维护，保障了既有前序车站的运营安全，避免了事故的发生，同时节约了修缮成本，从而节约工程造价，使工程施工更加科学、环保、经济。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种考虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，包括以下步骤：

施工前序车站，布设监测系统，完成后续车站基坑的竖向围护结构和降水工作；

对前序车站和后续车站形成的共壁平行车站进行建模；

根据数值建模对前序车站基坑施工进行分析，对后序车站基坑变形进行叠加；

对后序车站基坑开挖和围护结构进行风险判断，若风险超出设定值，对后序车站基坑、围护结构进行加固。

2.如权利要求1所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，

建模过程中，先选取土体本构模型和土层参数，再根据监测系统的监测数据对选取土层参数进行验证，若选取的土层参数不合理，则对建模中的土层参数进行调整。

3.如权利要求2所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，验证过程为：将选取的土层参数代入数值模型进行计算，所得结果与监测系统监测数据进行比对，若二者误差小于设定值，则选取的土层参数合理，若二者误差大于设定值，则选取的土层参数不合理，调整土层刚度参数的比例。

4.如权利要求1所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，所述监测系统包括测斜管和测斜仪，用以监测基坑水平变形位移和竖向变形位移，测斜管按平行于基坑围护结构以20-30m的间距布设。

5.如权利要求1所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，前序车站基坑施工分析和后续车站基坑变形叠加的过程为：通过建模计算，在前序基坑已有的变形基础上将后序基坑开挖对前序基坑变形的影响叠加至前序基坑上。

6.如权利要求1所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，风险判断时，计算后序车站围护结构非共壁墙不同剖面处的水平位移，若水平位移超出设定值，则进行加固；同时分析后序车站基坑开挖后对前序车站围护结构各板竖向位移的影响，若竖向位移超出设定值，则进行加固。

7.如权利要求1所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，风险判断时，分别对车站围护结构的侧移和竖向位移进行对比分析。

8.如权利要求7所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，计算后序车站围护结构非共壁墙不同剖面处的水平位移，若水平位移超出设定值，则进行加固；同时分析后序车站基坑开挖后对前序车站围护结构各板竖向位移的影响，若竖向位移超出设定值，则进行加固。

9.如权利要求8所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，若围护结构水平位移超出设定值，则对后序基坑围护结构侧移进行进行变形控制：将基坑支撑的横向间距和竖向间距调小。

10.如权利要求8所述的虑前序变形的共壁平行车站基坑监测加固方法，其特征是，若后序基坑开挖变形叠加后前序基坑围护结构的竖向位移大小超出设定值，则对后序基坑基底进行加固，基坑基底加固方法采用袖阀管注浆加固法。

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