[发明专利]软土地铁基坑开挖施工方法

权利要求书

1.一种软土地铁基坑开挖施工方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、选择变形控制值；

S2、确定施工工况，建立基坑模型；

S3、根据基坑模型进行预测，通过分析确定围护结构变形目标值，并确定各根支撑轴力限值，通过影响矩阵法来实现基坑变形控制，影响矩阵通过对线弹性状态的迭代来计算得到支撑轴力；

S4、变形和支撑轴力耦合，确定和调整各道和各根支撑轴力设定值；

S5、分层开挖，同时关闭上层对应支撑轴力自动补偿功能；

S6、判断各层变形是否满足要求，若不满足要求，则进入S7，若满足要求，则进入S9；

S7、调整本道支撑轴力；

S8、判断支撑轴力是否已达到支撑轴力限值，若未达到，则返回S5，若达到，则进入S9；

S9、以目前轴力值作为本道轴力控制值，以上层支撑变化后的轴力作为上层轴力控制值；

S10、开启支撑轴力自动补偿功能，直至本层开挖成功，进入下层开挖；

S11、判断基坑开挖是否开挖到底，若开挖到底，则进入S12，若未开挖到底，则返回S5；

S12、基坑开挖完成；

影响矩阵法具体步骤如下：

受调向量为结构物中关心截面上m个独立元素所组成的列向量，这些元素一般由构件中的截面内力或位移组成，它们在调值过程中接受调整，以期达到期望状态，受调向量记为D，

D＝(d₁，d₂，…，d_m)^T；

施调向量为结构物中指定可实施调整以改变受调向量的l个(l≤m)独立元素所组成的列向量，施调向量记为X，

X＝(x₁，x₂，…，x_l)^T；

影响向量为施调向量中第j个元素x_j发生单位变化，引起受调向量D的变化向量，影响向量记为：

A_j＝(a_1j，a_2j，…，a_mj)^T；

影响矩阵为l个施调向量分别发生单位变化，引起的l个影响向量依次排列形成的矩阵，影响矩阵记为：

在影响矩阵中，元素是内力、位移等力学量中的一个，影响矩阵是这些力学量混合组成的；设结构中n个关心截面上期望的内力、位移组成的向量为{E}，关心截面中现有相应向量为{F}_d，调值计算就是通过改变n个施调元的力学量，使结构状态在关心截面处达到{E}，此时，结构受调向量为：{D}＝{E}-{F}_d，当结构满足线性叠加时，有：[A]{X}＝{D}；

影响矩阵通过迭代来获得精确的计算结果的具体步骤如下：

①首先按线性结构进行第一次计算，根据A求得被调向量{X}₀；

②将{X}₀作用在结构上进行正装计算，求得{X}₀作用下的期望值{E}₀，从而计算出调整差值向量{ΔE}＝{E}-{E}₀；

③以②中形成的结构为基础，计算新的影响矩阵A，以{ΔE}作为调值向量，由[A]{ΔX}＝{ΔE}求得{ΔX}；

④令{X}＝{X}₀+{ΔX}，重复②～③的计算，当{ΔE}小于指定误差ε时{X}₀就是实际被调向量{X}的近似解；

在基坑工程中，施调向量为支撑轴力，受调向量为支撑轴力、围护结构关心截面处的内力或位移，也就是通过施调向量支撑轴力的调整来实现支撑轴力、围护结构变形和内力的调整；

令{F}_d为前一次预加轴力施加后各支撑的内力,第1次轴力施加时为0；A为影响矩阵；{X}为各支撑需施加的荷载，该荷载与各支撑已有的内力之和即为轴力施加控制值；{E}为设计要求的各支撑轴力，则有{F}_d+[A]{X}＝{E}；

对于基坑顺筑开挖而言，由于{F}_d＝0，通过影响矩阵迭代求得的{X}即为支撑轴力，由于在基坑开挖过程中支撑体系是逐步形成的，影响矩阵A为上三角阵，当基坑开挖结束轴力再调整而言，结构体系已基本形成，此时{F}_d≠0，影响矩阵A为满阵，其元素构成可按任意顺序形成，这种情况下{X}与支撑次序无关，但此时由影响矩阵A直接求得的{X}是轴力增量而不是轴力的施加值，而轴力施加值则需根据施工顺序重新求解。