基于邁達斯GTS-NX軟件的地鐵深基坑支護設計

回鑫權

◆摘? 要：隨著我國經濟的不斷發展，城市規模不斷擴大，城市空間開始呈現出“寸土寸金”的狀態，因此在城市規劃中對地下空間的利用越發重視。城市規模的擴大也導致城市人口的不斷增多，其結果就是造成了較為嚴重的交通擁堵問題。在城市交通中地鐵是對地下空間利用最多的設施，地鐵設施的建設和運營不僅充分的利用了地下空間節省了城市緊張的空間問題，還緩解了大中城市的交通擁堵問題，便利了城市居民的出行。深基坑工程作為地鐵施工的重要環節之一，其設計與施工關系到工程的正常運轉和施工人員及周邊居住人員的安全問題。盡管我國在基坑的設計與施工方面有著一定的標準和技術水平，但是在施工過程中還是會出現基坑內部變形過大導致工程無法正常進行的現象，更嚴重的是在城市人口密集的地區深基坑的坍塌失穩導致重大安全問題的事故，造成了大量的人員傷亡。將基坑設計的經濟、安全、合理是我們需要達到的工程技術水平。

本論文以廣州地鐵某深基坑支護設計為工程實例，通過所給的工程地質條件、水文地質條件等設計資料，根據《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120—2012中的要求，進行了支護結構的設計與比選，主要內容為選取邁達斯MIDAS/GTS軟件進行數值模擬，對模型進行有限元數值模擬分析，提取模型中各部分剪力、彎矩、軸力、位移等參數。

◆關鍵詞：地鐵;深基坑;支護;有限元

一、設計背景及研究現狀

在地鐵的施工中，深基坑支護設計是地鐵建設的最重要的問題之一，雖然我國對于深基坑支護設計已經有了部分理論體系，但是還是會因為全國各地水文地質條件的差異、設計與施工的細節等諸多因素，導致在深基坑支護施工過程中還會有部分問題存在。在地鐵工程中，基坑的設計和施工是保證施工安全和施工順利進行的前提。

由于在基坑施工與設計過程中缺少成熟的指導體系，在基坑的建設中還是會發生一些工程事故。基坑內部變形過大，導致施工空間不足，無法正常施工;基坑坍塌導致施工人員的生命安全受到威脅;基坑內部的變形甚至會對基坑附近的建筑和其他地下構筑物產生影響。由此可見基坑的設計一定要保證工程建設的安全可靠。因此我們需要使用科學的設計方法設計出一份經濟、安全、合理的設計方案。

有限元數值模擬

材料參數：素填土層，材料屬性各項同性，材料類型修正莫爾-庫倫，泊松比0.33，容重19.1（KN/m3），K0=0.5，內摩擦角8.57（°），粘聚力17（KN/m3）;淤泥質土層，材料屬性各項同性，材料類型修正莫爾-庫倫，泊松比0.33，容重18.3（KN/m3），K0=1，內摩擦角10.66（°），粘聚力3.66（KN/m3）;粘性土層，材料屬性各項同性，材料類型修正莫爾-庫倫，泊松比0.33，容重20.6（KN/m3），K0=1，內摩擦角24.62（°），粘聚力24.62（KN/m3）;中砂，材料屬性各項同性，材料類型修正莫爾-庫倫，泊松比0.33，容重19.7（KN/m3），K0=1，內摩擦角40（°），粘聚力0（KN/m3）;鋼筋混凝土，材料屬性各項同性，模型類型彈性，彈性模量25（GPa），泊松比0.3，容重25（KN/m3），阻尼比0.05，K0=1，熱膨脹系數1e-6;鋼筋混凝土，材料屬性各項同性，模型類型彈性，彈性模量200（GPa），泊松比0.3，容重78.5（KN/m3），阻尼比0.05，K0=0，熱膨脹系數1e-6;

施工階段定義：階段一（需勾選位移清零）激活數據網格（素填土層、淤泥質土層、粘性土層、中砂層、中砂底層、開挖1-1、開挖1-2、開挖2、開挖3-1、開挖3-2、開挖4-1、開挖4-2）;階段二，激活數據網格（地下連續墻）;階段三，激活數據網格（第一層錨桿），鈍化數據網格（開挖1-1、開挖1-2網格部分）;階段四，激活數據網格（第二層錨桿），鈍化數據網格（開挖2）;階段五，激活數據網格（第三層錨桿），鈍化數據網格（開挖3-1、開挖3-2）;階段六，鈍化數據網格（開挖4-1、開挖4-2）.

分析結果提取：由圖中模型各部分顏色對照右側信息可以提取出各部分位移值。開挖至坑底支護結構最大位移絕對值為26.4433mm，在25-30mm之間，根據《建筑基坑工程檢測技術規范》GB50497-2009，該基坑施工符合檢測控制要求;支護結構各部分彎矩值，其中最大彎矩為237.52[KN?m];各部分剪力值，其中最大剪力值為157.35KN;各部分軸力值，其中最大軸力值為618.92KN。

二、結論

本論文以廣州地鐵某深基坑支護設計為工程實例，根據所給的設計資料和《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120 2012中的要求，進行了支護結構的設計，主要結果如下：

（1）土壓力計算采用朗肯土壓力計算，最終最大主動土壓力計算結果為580.98KN，最終最大被動土壓力計算結果為4708.89KN。

（2）使用邁達斯GTS NX建立地下連續墻與錨桿相結合的實體模型，開挖至坑底支護結構最大位移絕對值為26.4433mm，在25-30mm之間，根據《建筑基坑工程檢測技術規范》GB50497-2009，該基坑施工符合檢測控制要求。

參考文獻

[1]楊葵鳳.地鐵深基坑支護形式優化選型分析[D].鄭州：鄭州大學碩士學位論文，2015.

[2]李亞龍.粉沙土質地鐵車站深基坑支護有限元模擬分析[D].河北：河北工程大學碩士學位論文，2014.

[3]何瑞.杭州某地鐵深基坑支護設計與數值模擬[D].安徽：安徽理工大學碩士學位論文，2017.