南京长江隧道工程非稳定渗流基坑变形分析.pdf

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资源描述
非稳定滲流基坑变形分析
裴利华
(铁道第四剔察设计院,武汉430063)
摘要:本文以南京长江隧道工程为背景,研究了深基坑工程在非稳定渗流作用下,基坑中渗
流场的变化规律以及在渗流作川下,桩体的最大水平位移、桩后的地表沉降以及坑底降起的
变化规律进行了研究,对工程具有一定的实际价值
关键词:非稳定,滲流,基坑,柾体,沉降
1.工程概况
工程事故的重要因素。
深基坑工程中,地下水的渗流将会使基坑周围
南京市地处我国东西水运大动脉长江与南北
形成较大的降水漏斗。随省开挖的进行,地下水自
陆运大动脉京沪公路及京沪铁路的交汇点,素有
有由面不断下降,从而使坑外上体的有效应力増加,
“东南门户,南北咽喉”之称。河道旱南南西一北」将后土体将发生不均匀固结沉降。深入研究棊坑工
北东向展布,江面宽一般2.0~3.0公里,两侧高漫程的渗流场特性以及研究考虑渗流效应的上体变
滩发育。沿岸地区河网发育。过江通道场地地形地
形分析方法,具有十分重要的理论意义和实战价
貌为长江冲积平原区,地貌自设计方案起点,向长
江水城至方案终点,由长江高漫滩渐变为长江低漫復。
滩,再为长江水域,后为江心洲(梅子洲)?3.非稳定渗流基本方程式
K2+000m~K2-890m为长江堤外高漫滩,现为农田
及渔塘;K2+890m~K3+760m为堤内高漫滩,现为
水在上体孔隙中的流动,由于上体孔隙的断面
树林及苗铺地,由目前的长江大堤保打
大小和形状十分不规则,因而是一个非常复杂的现
K3+760m~K4+275m为提内低漫滩,临近长江水象。目前,岩上工程中研究渗流的数值方法有:有
域,枯水期裸于地表,ギ水期被江水淹没,勘祭时限差分法、有限元法和边界元法等,有时将后两种
露出成为洲(九袱洲),将长江分为主江和北汉江,方法耦合求解。其中,有限单元法对边界适应性好,
地表为砂性土,地形微向长江倾斜:K4+275m~精度高,能够使计算法则和程序标准化等优点,现
K6+336m为长水域,流向近北北东向;已被广泛采用,是一种求解复杂渗流问题的较好方
KG+336m~K6+790m为梅了洲,梅子洲把长江分为法。因而更适川于基坑工程的渗流分析。
左汉(主江.)、右汉,左汉深弘靠近右岸,水下地
考虑土和水的压缩性,符合达西定律的二维非
形早不对称“V”型,南坡陡,平均坡角12”;北
坡缓,平均坡角2,岩性主要为细砂,近主江右
均质各向异性上体渗流,其水头函数所满足的基本
岸江底有大量人工地石。K8-060m~终点K8+130m方程为
为堤内高漫滩。
南京长江隧道工程全长3837m,双向6年
axr、"Oxoy、
主要由江北岸边段、江北工作井、江中盾构段、梅
子洲工作井及梅了洲岸边段纠成。
2.问题的提出
初始条件:(x,)=(x,リ)
h(xr, y,
近年来,基坑支扩结构上的水上压力的计算越
边界条件:水头边界
米越受到重视。其中一个主要的原因是由于地下水
引发的工程事故不断发生。据统计,由于水引发的
h, x, y, 1)
工程事故约占21.4%。这充分说明水是导致深基坑
流量边界
作者简介:表利华(1980一),男,渤北大门人,主要从事隧道设计与研究工作。
式中:h=h(x、y、t)为待求水头函数;k。、k
是以
轴为主轴方向的渗透系数;
S、=s(ax+n)称为单位贮水量(尺度1/),这
里的a和B分别为土和水的压缩系数:=为

水的重度。F为第一类边界,如上、下游水位边界
面和自由滲出面等己知水头边界;2为不透水边界
图一第一级降水引起的渗流场水头势图
面和潜流边界面等第二类边界(已知流量边界)。
当不考虑水和上压缩时,S、=0,则式(1-1)
变为
网00
(k
(1-2
这就是平面恒定渗流的微分方程。当结合变动
图:第级降水引起的渗流场水头势图
的自由面边界情況后,就可解非恒定渗流问题,与
式(1-1)比较仪在于未考虑上及水的压缩性
4.工程分析
江北明挖段主要经过4号土层,即淤泥质粉质
粘上层,本文选取江北明挖段JBII节这一典型断
面对深基坑在渗流水的作用下,基坑的变形稳定规
图:第三级降水引起的渗流场水头势图
律作一分析
该断面处基坑笕32.5m,基坑深11.6m,采用
600mm厚地下连续墙围扩,墙深22.5m,共设有四
道支撑,第一、三道为钢筋混凝上支撑,第二、四
道是直径为609,壁厚16mm的钢支撑,第一道支
撑截面为800+600mm(宽*高),第二道攴撑截面为
1200*1100m(宽学高),施工的基本工序为
1)开挖不地面下1.5m,在0.2m处加800*600(宽*
图四第四级降水引起的渗流场水头势图
高)的混凝十支撑
2)继续开挖不地面下4.6m,在3.1m处加中609
从图中可以看出:墙后等势线分布较疏,墙前
的钢支撑
的等势线分布较密,可见,离越近,水力梯度越
继续开挖至地面下8m,在7m处加大:在墙后附近,地下水渗流方向向下,产生向
12001100觉高)的混凝土支撑
4)继续开挖至棊坑底,在9,1m处加中609的钢支的渗流力,使土.体加密,地下水绕过防渗体流向基
坑底部时,流线基本上是垂直向上的,产生向上的
5)施作底板(1300mm)及侧墙(600mm),并依次渗流力,在防渗体下端附近等势线明显变密,说明
拆除各道支撑:
地下水在此处有较高的流速,水力梯度较大。
在各级开挖时,地下水均降全开挖面以下2米。
各级开挖工況下桩体的水平位移如下图五
各级降水引起的基坑中渗流场的变化如下图图七所示:
中所示;图中单位为m
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