一種大規模超深基坑開挖環境控制與保護監測裝置的製作方法

2023-10-29 23:55:57

專利名稱：一種大規模超深基坑開挖環境控制與保護監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監控裝置，尤其是涉及一種大規模超深基坑開挖環境控制與 保護監測裝置。
背景技術：
世博變電站基坑地處軟土地區，且在如此複雜的周邊環境下開挖30多米的超大 基坑在上海乃至全國都屬首例。因此如何預測、控制和保護緊鄰基坑的建(構)築物、管線 成為一個具有難度大且迫切需要解決的一個問題。與工程需求的迫切性相對應的是，目前 仍只能依靠經驗(如Peek方法)預測板樁或排樁支護的變形模式。國內外各種分析方法 尚無軟土地區大規模超深基坑開挖環境影響計算和評估控制的方法，因此對於地下連續牆 圍護結構，以及耦合地下降水條件下，如何確定地面變形的大小和分布模式，並確保周邊環 境的安全，從而指導設計和施工具有重要的直接應用價值。工程技術需求(1)合理考慮承壓水、潛水降水措施和圍護結構施工與開挖等綜合工況下基坑圍 護結構變形與穩定、周邊管線、建築物和高架橋樁基的變形分析是進行環境控制與保護的 前提。(2)基坑實測結果與分析結果的對比是確定合理分析模型和計算方法的基礎，從 而為基坑下一道施工工序進行合理的環境控制與保護提供了依據。課題實施的難點(1)綜合比選國內外各種研究方法，確定適合於軟土地區大規模超深基坑開挖的 分析計算方法；(2)採用統計學理論與方法，基於基坑開挖深度、支撐圍護結構、降水措施等變量 確定各影響因素下基坑的變形模式與變形大小；(3)承壓水與潛水等降水過程中滲流場的計算與模擬；(4) 土方開挖引起的應力場模擬及其流固耦合計算土體沉降和變形；(5)開挖和降水對周邊高架樁基的影響分析；(6)開挖和降水對周邊地埋管道的影響分析，包括三維變形、管道內力和安全評價 標準。現有的技術存在以下缺點對周邊環境的安全性低，對大規模超深基坑的分析不 能達到有效合理。
發明內容本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種對周邊環 境的安全性高，對大規模超深基坑的分析有效合理的大規模超深基坑開挖環境控制與保護 監測裝置。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現一種大規模超深基坑開挖環境控制與保護監測裝置，其特徵在於，該裝置包括顯示器、數據處理器、地面沉降探測儀、管線 受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、土壓力傳感器，所述的數據處理器與顯 示器連接，所述的地面沉降探測儀、管線受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、 土壓力傳感器分別與數據處理器連接。所述的數據處理器包括FLAC3D數值分析模塊、FRffS基坑分析模塊。與現有技術相比，本實用新型不僅驗證在降水開挖設計施工方案下基坑自身的安 全性，更重要的是預期評判基坑開挖中周邊地面沉降、周邊管線和高架樁基的位移和沉降 等環境影響程度，為提前掌控各開挖工況下，變基坑工程的安全性和周邊環境安全的可控 性提供直接的依據。具體包括一是預期評價各設計施工方案對周邊環境的安全性；二是 得出對周邊環境影響的主要影響因素，提供設計施工中需注意的事項；三是根據監測資料 對比，得出更合理的大規模超深基坑的有效分析方法，為今後大規模超深基坑提供分析基 礎和經驗。

圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例如圖1所示，一種大規模超深基坑開挖環境控制與保護監測裝置，該裝置包括顯 示器1、數據處理器2、地面沉降探測儀3、管線受損探測儀4、高架樁基位移探測儀5、水壓 力傳感器6、土壓力傳感器7，數據處理器2與顯示器1連接，地面沉降探測儀3、管線受損 探測儀4、高架樁基位移探測儀5、水壓力傳感器6、土壓力傳感器7分別與數據處理器2連 接，數據處理器2包括FLAC3D數值分析模塊、FRffS基坑分析模塊。大規模超深基坑開挖環境控制與保護方法，該方法的步驟如下(1)圍護結構各方法結果與實測值對比，確定超大直徑超深基坑變形的合理分析 方法通過Clough方法(1989)、同濟啟明星支擋結構分析軟體FRWS和FLAC3D數值模擬 對圍護結構變形進行分析。結果表明採用適當的經驗方法可以預估圍護結構最大變形，但 可能超估變形值。對於深基坑的側向變形，當前分析方法給出的圍護牆側向變形分布規律 和最大量值相比實測值具有較高的計算準確度。圍護地連牆的豎向位移方面，計算結果表 明在選用土體壓縮模量計算深基坑開挖分析中時，給出的圍護結構的向上豎向位移將偏大 一些。(2)各因素作用下地面沉降的影響因素評估，各分析方法得到的地面沉降與實測 值對比研究採用多種分析方法對世博變電站基坑地面沉降進行了分析，包括同濟啟明星支擋 結構分析軟體FRWS提供的3種方法(Peck簡化分析方法、同濟三角形模式和同濟拋物線 模式)、Peek 經驗方法(1969)、Clough & Rourke 方法(1990)、Hsieh & Ou 方法(1998)和 FLAC3D三維數值分析方法。結果表明同濟啟明星軟體FRWS提供的同濟拋物線模式和Hsieh& Ou方法給出的結果與實測值最為接近，而FLAC3D的計算結果偏小，這是由於未考慮回彈 模量和樓板重量因素將使得地面沉降值要偏小一些。坑外地面沉降模式方面，同濟拋物線模式、Hsieh & Ou方法和FLAC3D與實際較為 吻合，最大沉降位於基坑邊的距離分別為18m、17m和17m，而實測最大值出現在坑邊15 20m範圍內。從基坑降水開挖引起地面沉降的影響範圍看，三維分析結果與實測值較吻合。上海地區基坑開挖和降水對圍護結構和地面沉降影響的統計分析結果具有較強 的實用性，無論是圍護結構側向變形還是坑外地面沉降，本工程實測值均處在上海市深基 坑統計結果的範圍之內。(3)基坑降水與開挖各工況下，高架橋梁樁基的安全性分析成都北路側高架橋樁基變形包括朝向基坑側的水平位移和豎向位移兩部分，並且 水平向位移大於豎向沉降，樁基水平位移分布規律方面，樁端位移最大，樁頂次之，中間部 位最小，但總體位移差異在3mm以內，且樁長為30m，故彎曲變形率很小。同一承臺中各樁 基，隨著與基坑距離的增加，變形逐步減小。承臺樁基受力方面，在樁頭產生了最大的負彎 矩，開挖至坑底時樁基最大正彎矩為IlOkN ·πι，最大負彎矩為^kN ·πι。實測的高架橋樁基 沉降受到一些其他因素影響使得其分布規律不明顯，但總體量值很小，幅度在5mm以內，表 明基坑開挖對高架橋樁基影響很小。(4)管道安全性評價指標和標準的確定，不同變形分布模式下管道內力分析，各開 挖工況下管道的安全性評價管線的安全與管材和接頭密切相關。可以通過對管道結構轉角、結構位移和容許 轉角與位移，管道應力(由管道應變間接計算)和容許應力來評判管線的安全性。管線不同的沉降位移模式將產生不同的管道內力分布，採用了正態分布模式和誤 差補償函數兩種變形模式進行了比較，發現管線豎向變形多遵循正態分布模式而水平向變 形與誤差補償函數形式類似，比較分析表明相比水平向變形而言，管線的豎向變形對管道 力學性狀影響更明顯。實測的管線沉降受到管接頭和管內傳輸物體重量等影響，並不嚴格遵循距離基坑 越遠沉降越小的規律，這表明數值分析過程中不僅需要考慮管線自身材料性狀的影響，還 得考慮管內傳輸物質的影響(如增加重量等)。分析表明對於相對柔性管材，其最大沉降 發生在基坑中軸線附近，分布形態與計算值較接近；而對於剛性管，最大沉降並不出現在基 坑中心軸線上，而是距離中軸線約20 30m範圍內，多呈現雙峰或單峰分布現象。本發明在國內第一次系統地研究了軟土地區超大直徑、超深基坑開挖和降水施工 工況下基坑周邊地面沉降、建築物、管線和高架橋樁基等環境影響與控制的分析，取得了以 下一系列在技術領域具有創新性的成果系統分析了國外代表性的圍護結構、地面沉降變形分析方法，並通過三維流固耦 合分析模擬施工開挖過程，通過與實測結果的對比分析，得出了軟土地區超深基坑圍護結 構和地面沉降合理的分析方法。系統分析了圍護結構形式、承壓水與潛水降水施工、坑邊超載、坑底隆起等多因素 作用下對基坑周邊環境影響的量化分析和影響程度評估。採用統計學方法，得出上海地區基坑開挖和降水對圍護結構和地面沉降影響的統 計分析結果，具有較強的實用性。[0039]通過被動樁理論和三維仿真分析，進行了深基坑周邊高架橋梁樁基的安全性評 估。確定了坑邊管線安全性評價的標準和評估指標，採用2種不同管線分布模式確定 管道內力的大小和隨基坑開挖的變化過程，得出管線不同變形情況下對內力的影響程度， 並進行了三維施工仿真分析。先期提供的各分析結果與後續的實測結果對比表明，圍護結構變形、坑邊地面沉 降、周邊建築物、管線和高架橋的計算值與實測值相吻合，為軟土地區超大直徑超深基坑的 環境評估探索了一個合理的分析途徑與方法，可供後續軟土地區大規模超深基坑環境控制 借鑑使用，填補了我國在該領域的空白。本發明不僅驗證在降水開挖設計施工方案下基坑自身的安全性，更重要的是預期 評判基坑開挖中周邊地面沉降、周邊管線和高架樁基的位移和沉降等環境影響程度，為甲 方提前掌控各開挖工況下世博變基坑工程的安全性和周邊環境安全的可控性提供直接的 依據。具體作用為一是預期評價各設計施工方案對周邊環境的安全性；二是得出對周邊 環境影響的主要影響因素，提供設計施工中需注意的事項；三是根據監測資料對比，得出更 合理的大規模超深基坑的有效分析方法，為今後大規模超深基坑提供分析基礎和經驗。通 過該項目的實施，世博變電站基坑已經安全開挖至坑底，並且周邊地面沉降、管線和高架樁 基等均處在預期可控的安全範圍內，確保了周邊環境的安全性，達到了項目實施的預期目 的。
權利要求1.一種大規模超深基坑開挖環境控制與保護監測裝置，其特徵在於，該裝置包括顯示 器、數據處理器、地面沉降探測儀、管線受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、 土壓力傳感器，所述的數據處理器與顯示器連接，所述的地面沉降探測儀、管線受損探測 儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、土壓力傳感器分別與數據處理器連接。
2.根據權利要求1所述的一種大規模超深基坑開挖環境控制與保護監測裝置，其特徵 在於，所述的數據處理器包括FLAC3D數值分析模塊、FRffS基坑分析模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種大規模超深基坑開挖環境控制與保護監測裝置，該裝置包括顯示器、數據處理器、地面沉降探測儀、管線受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、土壓力傳感器，所述的數據處理器與顯示器連接，所述的地面沉降探測儀、管線受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、土壓力傳感器分別與數據處理器連接。與現有技術相比，本實用新型具有對周邊環境的安全性高，對大規模超深基坑的分析有效合理等優點。
文檔編號E02D33/00GK201901875SQ201020664518
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者樂俊律, 劉曉東, 徐勍, 朱偉林, 王衛東, 王傑, 王滬生, 陳崢, 陳祖元, 高倚山 申請人:上海久隆電力科技有限公司, 上海市電力公司