¿Predicción, análisis y aplicación de la deformación de la estructura de soporte del pozo de cimentación profunda del metro?
1 Introducción
El método de diseño dinámico de fosas de cimentación profundas utilizando la deformación como método de control ha atraído cada vez más atención, debido a que la deformación de la estructura de soporte es el principal factor que afecta la estructura de soporte durante la excavación del pozo de cimentación. Es un reflejo intuitivo de la interacción con el suelo y también un reflejo concreto de la interacción entre el diseño del soporte y la geología y la construcción del sitio. Si la deformación de la estructura de soporte se puede predecir de antemano en función de los parámetros del suelo circundante y la estructura de soporte, y el valor previsto de la situación más desfavorable se puede utilizar como valor de alerta temprana para controlar la deformación de la estructura de soporte. Es importante garantizar la construcción segura del pozo de cimentación.
Utilizando la información de monitoreo de las condiciones de trabajo obtenida durante la excavación del soporte del pozo de cimentación profunda, los parámetros mecánicos del suelo y la estructura de soporte se invierten mediante un análisis posterior optimizado, y luego se predice la siguiente condición de trabajo mediante elementos finitos. cálculo Se calcula la deformación, la fuerza interna y la fuerza de soporte del muro de pilotes inferior, y los valores calculados se utilizan como valores de control de la estructura de soporte. Al ajustar el plan de construcción y los parámetros de soporte de acuerdo con las condiciones reales en el sitio, a medida que avanza la construcción, se recopila continuamente la información correspondiente para la siguiente etapa de construcción y los cálculos de parámetros inversos predicen la deformación del muro de pilotes en la siguiente condición de trabajo, etc. .
2 Principio de predicción
De hecho, el principio de predicción es hacer primero un análisis inverso y luego un análisis directo, es decir, en función de la información de monitoreo de desplazamiento de cada condición de trabajo, seleccionar el modelo de mecánica del suelo apropiado y las condiciones de contorno correspondientes, luego establezca una función objetivo, use el método de optimización para buscar parámetros del suelo y parámetros mecánicos de la estructura de soporte que estén cerca de los valores medidos, y luego use estos parámetros para los parámetros de cálculo de la siguiente condición de trabajo, y luego predecir el rendimiento del sistema de soporte, combinado con el monitoreo y control de la deformación del sistema de soporte.
2.1 Establecer la función objetivo
De acuerdo con la información de seguimiento de cada condición de trabajo de excavación de pozo de cimentación, la función objetivo del método de análisis inverso es generalmente:
En la fórmula, uci (x) es el valor de desplazamiento horizontal calculado del punto de medición I en la estructura de soporte, uti es el valor de desplazamiento horizontal medido del punto de medición I en la estructura de soporte, x representa el valor m del suelo, rigidez del soporte; coeficiente, rigidez de la pared del pilote, etc. n es el número total de puntos de medición.
2.2 Cálculo del desplazamiento en cualquier posición del cuerpo del pilote
Para calcular el desplazamiento de la estructura portante se utiliza el método de elementos finitos de la viga de cimentación elástica. El resultado final del cálculo es la fuerza interna y la deformación en el nodo del elemento, pero la ubicación del punto de medición puede no estar en el nodo. Para reflejar la respuesta dinámica del proceso de construcción y resolver el valor de la función objetivo, es necesario proporcionar el incremento de la información de monitoreo en cualquier posición del punto de monitoreo y en cualquier etapa de la construcción, por lo tanto, el desplazamiento horizontal uci del punto de medición. I en cualquier unidad se puede obtener mediante el método de interpolación lineal. La fórmula de cálculo es la siguiente:
donde x1 y x2 son las coordenadas de ambos extremos de la unidad donde se encuentra el punto de medición I Uc1 y uc2 son los valores calculados del desplazamiento horizontal en ambos; extremos de la unidad donde se ubica el punto I; Uci es el desplazamiento horizontal del punto de medición I; Xi es la coordenada del punto de medición I (el origen de las coordenadas es el vértice del muro del pilote).
2.3 Recogida de datos de seguimiento
El inclinómetro utilizado para medir la inclinación del cuerpo del pilote en obra lee de abajo hacia arriba en una distancia entre puntos de 0,5 m, es decir, el inclinómetro está dividido en n segmentos de medición (ver Figura 1), la longitud de cada segmento de medición es li = 500 mm y, mediante el cálculo, se puede obtener el ángulo de inclinación θi entre los dos pares de ruedas guía (li) medido en una determinada posición de profundidad.
La fórmula de cálculo es: δ I = Lisinθ I (3)
El valor de desplazamiento horizontal δI a una determinada profundidad se puede obtener acumulando el desplazamiento transversal δI, es decir :
Durante el cálculo, se supone que la parte inferior de la tubería se utiliza como punto de referencia, el valor de desplazamiento δI de una cierta profundidad se calcula de abajo hacia arriba, y luego el valor de desplazamiento horizontal es corregido en base al desplazamiento medido de la parte superior del pilote en ese punto. Sin embargo, independientemente de si el punto de referencia se encuentra en la parte superior o inferior de la tubería, el valor de desplazamiento calculado δi siempre es positivo hacia el lado del pozo de cimentación y negativo en el caso contrario.
Al conectar los valores de desplazamiento δi medidos a diferentes profundidades por el mismo inclinómetro en la estructura de contención en papel cuadriculado, se puede dibujar la curva de desplazamiento horizontal (H ~ δi) del pilote.
2.4 Procesamiento de optimización de datos
(1) Debido a la interferencia y destrucción de instrumentos de medición, operadores, estado de construcción o puntos de medición, el número de puntos de monitoreo a menudo no es ideal ni suficiente. , por lo que a menudo se utiliza la interpolación lagrangiana de datos o la interpolación spline para el procesamiento.
(2) En el proceso de monitoreo real, los errores causados por el medio ambiente y las lecturas humanas son inevitables. Para eliminar el impacto de este error en la precisión de los resultados del análisis retroactivo, se deben suavizar los datos de monitoreo. Consulte la referencia [3] para conocer el proceso específico.
3 Aplicación de ingeniería
El pozo de cimentación de la estación Yingkou Road de la línea 3 del metro de Tianjin tiene 14.753 m de profundidad y está protegido por pilotes perforados de hormigón armado y pilotes de mezcla de cemento con cortinas impermeables. . forma. Las especificaciones de los pilotes perforados son φ 1000 @ 1200, la longitud del pilote es de 25,6 m y el pozo de cimentación está ubicado en el centro de la viga superior a alturas de 3,75 m, 6,75 m y 1650 m.
El proyecto está ubicado en una bulliciosa zona urbana, rodeado de importantes edificios y muchas tuberías, como cables, tuberías de gas y tuberías de agua. Los pasos de construcción de la excavación se muestran en la Figura 2: en la condición de trabajo 1, la excavación es de -3,0 m, en la condición de trabajo 2 el primer soporte se erige a -0,5 m, en la condición de trabajo 3 el segundo soporte se erige a -6,8 m , El segundo soporte se erige a -3,75 m en la condición 4, la excavación es a -10,7 m en la condición de trabajo 5 y el tercer soporte se erige a -6,75 m en la condición de trabajo 6. Debido a limitaciones de espacio, este artículo solo presenta la comparación entre las curvas previstas y las curvas medidas para las condiciones de trabajo 3, 6 y 8.
El método para predecir la deformación durante la excavación del pozo de cimentación es invertir el valor m del parámetro del suelo según la información de monitoreo de la condición de trabajo 3. Según los parámetros invertidos, se predice la deformación de la pared en la condición de trabajo 6. De la misma manera, basándose en la información de seguimiento de la condición de trabajo 6, se invierte el valor m del parámetro del suelo y se predice la deformación de la pared en la condición de trabajo 8 en base a esto. Los valores de los parámetros determinados mediante inversión se muestran en la Tabla 2.
La comparación de las curvas medidas y las curvas previstas de las condiciones de trabajo 3 y 6 se muestra en la Figura 3. Las curvas previstas y medidas de la condición de trabajo 8 se muestran en la Figura 4.
Descripción 1: La Figura 3-1 es la curva de deformación prevista en función de las especificaciones de diseño y los valores empíricos, 3-2 es la curva de deformación medida a partir del monitoreo en el sitio y 3-3 es la deformación después de la devolución. Análisis y optimización de parámetros. La curva 6-1 es la curva de deformación prevista de la condición de trabajo 6.
Nota 2: Como se muestra en la Figura 4, 6-1 es la curva prevista en la condición de trabajo 3, 6-2 es la curva de deformación medida, 8-1 es la curva prevista y 8-2 es la curva medida.
Como se puede ver en las Figuras 3 y 4, el error de predicción después de la inversión basada en los datos de monitoreo disminuye desde el error máximo entre la predicción empírica y la medición real de 3,75 mm en el Caso 3 hasta el error máximo de 3,1 mm. en el Caso 6. Con una mayor inversión y optimización de los parámetros utilizando datos de monitoreo in situ, el error de predicción de la condición de trabajo 8 es de 2,2 mm y la curva de deformación prevista es cada vez más consistente con la curva de deformación real. El valor del coeficiente proporcional de la fuerza de reacción de la cimentación M cambia continuamente con el proceso de excavación. El método de inversión se puede utilizar para invertir con precisión el valor M en diferentes condiciones de trabajo, predecir con precisión la información de excavación de la condición de trabajo anterior y predecir con precisión la deformación del pilote de la siguiente condición de trabajo. Además, la curva de predicción se ajusta bien y la precisión de la predicción mejora considerablemente.
4 Conclusiones
(1) En la construcción del pozo de cimentación profundo del metro de Tianjin, el método de predicción de la deformación de la estructura de excavación y mantenimiento del pozo de cimentación es preciso y exitoso.
(2) Mediante la inversión y optimización de los parámetros de la estructura de mantenimiento, se puede predecir con precisión la deformación máxima de la estructura de mantenimiento y el valor previsto se puede utilizar como valor de alerta temprana para guiar la construcción.
(3) La tecnología de análisis inverso de optimización de parámetros puede invertir con precisión los parámetros reales del suelo y los parámetros mecánicos de la estructura de soporte en diversas condiciones de trabajo según la información de monitoreo en el sitio. Al optimizar los valores de los parámetros de inversión de la condición de trabajo anterior, no solo se puede predecir con precisión la siguiente condición de trabajo, sino que la curva de predicción de deformación concuerda con la curva medida.
(4) Durante el proceso de excavación del pozo de cimentación, los parámetros del suelo continúan cambiando con el proceso de excavación. Los parámetros del suelo y los parámetros mecánicos de la estructura de soporte determinados por experimentos y experiencia son aleatorios y no es lo suficientemente preciso para predecir el desplazamiento lateral del muro basándose en los valores iniciales.
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