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基坑工程是集地下工程和结构工程等多学科于一体的系统工程,深基坑在开挖卸载作用下必然会对基坑周边环境产生影响,为保证已有建筑物的安全,选择合理的基坑加固方式和开挖方案至关重要。本文紧密结合工程实践,以港珠澳大桥珠海侧接线拱北海关隧道管幕工作井深大基坑为例,通过系统的数值仿真,对管幕工作井施工过程中围护结构的受力和变形以及地表沉降规律进行深入研究,提出合理的施工与支护方案,得到的主要成果如下:
⑴以库伦摩擦模型为基础,建立了能够反映地下连续墙和土体之间相互作用的接触模型。通过对地下连续墙幅与幅之间连接接头传力机制的分析,建立了能够反映连续墙分幅之间相互错动和相互转动的接头模型,该模型可以模拟锁口管、工字钢、十字刚和锁口桩等地下连续墙接头型式。
⑵采用建立的土体与连续墙之间接触模型和连续墙接头模型,对拱北隧道隧道管幕工作井深大基坑施工过程进行三维数值仿真,得到了管幕工作井开挖、拆撑、顶管施工以及破墙过程中地下连续墙变形和受力的变化规律,以及基坑周边地表沉降的分布规律。
⑶通过三维数值仿真,研究了旋喷加固对地下连续墙水平变形和弯矩以及基坑周边地表沉降的影响规律,提出了拱北海关隧道管幕井合理的坑外加固技术参数,为坑外沉降控制提供提供科学指导。
⑷通过数值仿真研究了3种不同开挖方案下,拱北隧道管幕工作井深大基坑施工过程中地下连续墙水平变形和弯矩、支撑轴力、围檩弯矩和轴力、顶框架和中框架受力和底板受力的变化规律,通过对开挖过程中支护结构最大受力和变形的对比分析,提出了合理开挖方案。