[发明专利]软土地铁基坑开挖施工方法

说明书

本发明公开了一种软土地铁基坑开挖施工方法，属于建筑施工技术领域。该方法先选择变形控制值，建立基坑模型，进行预测，确定各根支撑轴力限值及围护结构变形目标值，根据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。然后分层开挖，关闭上层对应支撑轴力自动补偿功能。每挖一层，则判断各层变形是否满足要求，不满足的调整本道支撑轴力，直至满足变形要求，支撑轴力未达到限值则继续开挖，若达到限值，以目前轴力值作为本道轴力控制值，上层变化后的轴力作为上层轴力控制值。然后开启支撑轴力自动补偿功能，直至本层开挖成功，再开挖下一层，如此循环进行，直至完成。本发明是基于围护变形控制目标与支撑轴力限值的双控法。

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种软土地铁基坑开挖施工方法。

背景技术

为了解决基坑施工对周边环境的影响问题，在时空效应的基础上研制了轴力伺服系统，但其主要用于支撑轴力损失的补偿，未能实现对围护侧向变形的主动控制，主要因素如下：

一、软土地铁深基坑围护侧向变形控制存在的问题

在软土地层中，基坑施工往往会引起极强的环境效应，导致临近建(构)筑物产生不均匀沉降甚至开裂破坏，影响其正常运营和使用。为此以刘建航院士为代表的广大学者提出了基坑工程的“时空效应”理论，有效的控制了基坑变形对周边环境的影响，极大地推动了软土基坑的发展。

但随着社会的发展，传统的软土基坑施工技术越来越难以满足基坑周边更加严苛的环境保护要求。由于在软土地铁深基坑中钢支撑轴力能有效控制基坑围护的侧向变形，因此为减少轴力损失的影响发明了轴力补偿系统，可以实时监测轴力，并根据监测数据来补偿损失的轴力，从而实现轴力的主动控制，有效克服了传统钢支撑后续轴力变化不完全可知、不可控、不便于调整等缺点。由于轴力伺服系统解决了轴力损失可能带来的基坑变形影响，因而得以广泛应用。但是轴力伺服系统仅仅解决了轴力损失的问题，控制的目标是支撑轴力，当轴力与位移的对应关系比较一致时，位移的控制效果会比较好，当二者差异较大时，即使应用了伺服系统位移的控制效果也往往不尽人意。

目前伺服系统只实现了基坑轴力的主动控制，并没有实现基坑变形的主动控制，基坑变形的主动控制还处于初始发展阶段。

软土地铁深基坑的主动控制是通过理论计算来指导施工实践，除了需要解决理论计算中的土体参数、本构模型、外荷载、计算方法等问题外，还需要解决以下问题：

(一)二维计算理论与三维施工方法的差异性

对于长条形基坑，设计时一般基于平面应变的假定把三维基坑简化为二维基坑，在二维模型下进行设计。根据平面应变假定，二维模型中的一道支撑轴力对应于三维模型中该道支撑所有轴力同步施加到围护结构上，如图1，N为同步施加的钢支撑轴力值。但通常情况下软土地铁深基坑一般采用分层、分段、分块的施工方法，通过逐根施加的方法对一幅墙或几幅墙的若干根支撑施加轴力或复加轴力，如图2，N1～N10为依次随挖随撑的钢支撑轴力值，图1和图2中N为同步施加恒定轴力值，N1～N10为依次施加的可变轴力值。只有当土体满足线弹性、小应变的条件且轴力无损失时，分次施加与整体施加两种施加方式对应的结果才是一致的，否则分次施加工况下，已施加的钢支撑轴力会受多种因素影响而产生轴力损失，即对于基坑施工过程而言，平面分析模型与实践工艺不相符。

(二)轴力与变形的对应性

由于钢支撑轴力受各方面因素的影响，导致最终留存在钢支撑中的轴力难以准确计量，因此在传统的基坑设计中，基于围护结构强度控制获得的轴力值与围护结构变形之间没有必然关系，一般不考虑轴力对变形的约束作用，通常把钢支撑预加轴力作为一项控制措施使用。千斤顶所施加的支撑轴力一般取整个开挖过程中钢支撑轴力包络效应最大值的0.5～0.8倍。

(三)软土流变的不可控性