汪 云

（華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院 武漢）

引言

隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，臨近地鐵的工程建設(shè)越來(lái)越多?；娱_(kāi)挖和建筑物附加沉降影響臨近地鐵的正常運(yùn)營(yíng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)失效甚至?xí)?dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)破壞、坍塌。因此臨近地鐵工程建設(shè)需進(jìn)行可靠的計(jì)算分析。

某醫(yī)院擬新建門(mén)診大樓，由3層地下室、4層裙樓和16層主樓組成，主樓高約50m。門(mén)診大樓距離運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站側(cè)墻最近處僅6m。本文通過(guò)建立有限元數(shù)值計(jì)算模型，分析基坑開(kāi)挖、建筑物附加荷載對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)影響，為擬建工程確定支護(hù)參數(shù)和地基加固參數(shù)提供指導(dǎo)，確保地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。

1 工程概況

1.1 擬建項(xiàng)目概況

擬建門(mén)診大樓由3層地下室、4層裙樓和16層主樓組成。其中主樓高約50m，地下室底板埋深約15m。地鐵車(chē)站埋深約19m，頂板覆土4m。門(mén)診大樓地下室距離地鐵車(chē)站最近處約6m。

圖1 擬建項(xiàng)目與地鐵關(guān)系剖面圖

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)地勘報(bào)告，擬建場(chǎng)地各層土層分布及物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)

2 數(shù)值計(jì)算模型

2.1 建立計(jì)算模型

門(mén)診大樓基坑深度15m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑1000@1400鉆孔灌注樁+兩道混凝土支撐，第一道支撐截面尺寸800mm×800mm，支撐點(diǎn)間距6m，第二道支撐截面尺寸1000mm×1000mm，支撐點(diǎn)間距6m。基坑外側(cè)設(shè)置三軸攪拌樁止水帷幕，深入不透水層1.5m，基坑開(kāi)挖前將地下水位降至開(kāi)挖面以下1m。

利用通用有限元計(jì)算軟件，建立數(shù)值計(jì)算模型。

ρ，Es，Ers，E0，c，φ，K 等土層參數(shù)依據(jù)地勘報(bào)告取值。

2.2 計(jì)算工況

模擬基坑開(kāi)挖及回筑工序如下：

（1）初始應(yīng)力固結(jié)，位移置零；

（2）施工地鐵車(chē)站，位移置零；

（3）施工門(mén)診大樓基坑圍護(hù)樁；

（4）向下開(kāi)挖土方至第一道支撐；

（5）架設(shè)第一道支撐，向下開(kāi)挖土方至第二道支撐；

（6）架設(shè)第二道支撐，向下開(kāi)挖土方至坑底；

（7）澆筑底板，地下二層板，拆除第二道支撐；

（8）澆筑地下一層板，拆除第一道支撐；

（9）澆筑地下室頂板，施加主樓及裙房超載。

3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)單位提出的要求，門(mén)診大樓建設(shè)引起的地鐵沉降不應(yīng)大于15mm，水平位移不應(yīng)大于10mm。數(shù)值計(jì)算及結(jié)果分析如下。

3.1 門(mén)診大樓天然地基

首先不考慮特殊處理措施，門(mén)診大樓采用筏板基礎(chǔ)、天然地基，計(jì)算結(jié)果如下：

圖2 土體垂直位移

圖3 土體水平位移

門(mén)診大樓完工后，土體最大豎向位移發(fā)生在門(mén)診大樓主樓下方，最大值110mm，表現(xiàn)為地基沉降。土體最大水平位移發(fā)生在基坑圍護(hù)樁附近，最大值36mm，方向向基坑內(nèi)側(cè)。

地鐵車(chē)站底板最大水平位移發(fā)生在車(chē)站靠近門(mén)診大樓一側(cè)，最大值約9.5mm，最小水平位移發(fā)生在遠(yuǎn)離門(mén)診大樓一側(cè)，最小為9.38mm。

圖4 地鐵底板水平位移

圖5 地鐵底板垂直位移

地鐵車(chē)站底板最大沉降發(fā)生在車(chē)站靠近門(mén)診大樓一側(cè)，最大值約28mm；最小沉降發(fā)生在車(chē)站遠(yuǎn)離門(mén)診大樓一側(cè)，最小值約2mm。

地鐵車(chē)站底板最大水平位移9.5mm，小于10mm控制值，可滿(mǎn)足要求；最大豎向沉降28mm，大于15mm控制值，無(wú)法滿(mǎn)足地鐵保護(hù)的要求。從土體變形規(guī)律上看出，門(mén)診大樓基礎(chǔ)沉降較大，達(dá)到110mm，進(jìn)而帶動(dòng)周邊土體沉降，引起地鐵發(fā)生較大沉降。因此需要采用措施控制門(mén)診大樓基礎(chǔ)沉降，以減小對(duì)地鐵的影響。

3.2 門(mén)診大樓地基加固

根據(jù)3.1節(jié)計(jì)算分析結(jié)果，門(mén)診大樓采用天然地基無(wú)法滿(mǎn)足地鐵保護(hù)的要求，擬采用高壓旋噴樁對(duì)其進(jìn)行地基加固，旋噴樁樁徑650mm，間距1250mm，方形布置，樁身立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值4MPa，面積置換率0.2，加固后復(fù)合地基壓縮模量35MPa，加固深度11m。地基加固后計(jì)算結(jié)果如下：

圖6 土體垂直位移

圖7 土體水平位移

圖8 地鐵底板水平位移

圖9 地鐵底板垂直位移

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，門(mén)診大樓完工后土體最大豎向位移發(fā)生在主樓下方，最大值44mm，相對(duì)于3.1節(jié)減小66mm。土體最大水平位移發(fā)生在基坑圍護(hù)樁附近，最大值33mm，相對(duì)于3.1節(jié)水平位移36mm變化不大。

車(chē)站底板最大沉降發(fā)生在車(chē)站靠近門(mén)診大樓一側(cè)，最大值約13.6mm，相對(duì)于3.1節(jié)減少14.4mm；最小沉降發(fā)生在車(chē)站遠(yuǎn)離門(mén)診大樓一側(cè)，最小值約1mm，相對(duì)于3.1節(jié)減少1mm。

地鐵車(chē)站底板最大水平位移發(fā)生在車(chē)站靠近門(mén)診大樓一側(cè)，最大值約7.24mm，相對(duì)于3.1節(jié)減少2.26mm；最小水平位移發(fā)生在遠(yuǎn)離門(mén)診大樓一側(cè)，最小為7.15mm，相對(duì)于3.1節(jié)減少2.23mm。

門(mén)診大樓采用地基加固處理后，地鐵車(chē)站水平位移及豎向沉降明顯減小，可滿(mǎn)足地鐵保護(hù)的變形控制要求。

門(mén)診大樓采用天然地基時(shí)，其基礎(chǔ)沉降為110mm，地鐵車(chē)站底板沉降達(dá)到28mm；采用地基加固措施控制門(mén)診大樓基礎(chǔ)沉降至44mm后，地鐵車(chē)站底板沉降減少至14mm，控制地鐵變形效果明顯。因此減小門(mén)診大樓基礎(chǔ)沉降是減小地鐵變形的有效措施。

4 結(jié)論及建議

本文通過(guò)建立有限元計(jì)算模型，模擬門(mén)診大樓建設(shè)對(duì)臨近地鐵車(chē)站影響，得出以下結(jié)論及建議：

（1）門(mén)診大樓采用天然地基，基礎(chǔ)沉降較大，進(jìn)而引起地鐵產(chǎn)生較大變形，無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)地鐵保護(hù)的要求；采取地基加固后基礎(chǔ)沉降顯著減小，地鐵沉降隨之減小。

（2）門(mén)診大樓地基加固深度不應(yīng)小于11m，可采用高壓旋噴、CFG樁等復(fù)合地基，加固后復(fù)合地基壓縮模量不應(yīng)小于35MPa，控制門(mén)診大樓基礎(chǔ)沉降不大于44mm。

（3）施工過(guò)程需加強(qiáng)對(duì)地鐵車(chē)站變形監(jiān)測(cè)，信息化施工，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)軌道處沉降、水平位移，確保地鐵的安全運(yùn)營(yíng)。

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