雷山川　吳廷堯

(1.中鐵一局集團城市軌道交通工程有限公司，江蘇 無錫　214105；　2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢　430074)

0　引言

地鐵基坑的變形主要通過圍護結(jié)構(gòu)的變形反映出來，因此在圍護結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測基礎(chǔ)上，分析地鐵基坑開挖巖土體變形特征可為地鐵基坑支護的選擇提供重要參考。很多學(xué)者在基坑監(jiān)測方面有過很多研究。朱文忠[1]、安關(guān)峰[2]通過分析地鐵明挖深基坑支護結(jié)構(gòu)變形特征，重點研究了支護結(jié)構(gòu)的水平位移及水平收斂，并對變形規(guī)律進行了總結(jié)；任建喜[3]、宋超[4]在地鐵深基坑支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測基礎(chǔ)上，分析了基坑圍護結(jié)構(gòu)的水平變形和支撐內(nèi)力的變化規(guī)律；曾國熙[6]、王洪德[7]基于FLAC3D研究了軟弱地層條件下地鐵深基坑圍護結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律和失穩(wěn)特征。

本文以武漢地鐵6號線東方馬城站深基坑項目為基礎(chǔ)，依托現(xiàn)場監(jiān)測，利用數(shù)值分析軟件FLAC3D建立起基坑開挖的簡化模型，設(shè)置相應(yīng)的開挖步驟和開挖工況，對基坑開挖過程進行數(shù)值模擬，依據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，實驗數(shù)值模型的可靠性驗證，從而得到基坑開挖過程中巖土體的變形規(guī)律。

1　工程地質(zhì)概況

武漢市軌道交通6號線東方馬城站采用明挖法施工，采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐系統(tǒng)支護。車站總長度為312.0 m，車站中心里程處標準段基坑寬24.9 m、基坑深度約為24.83 m；車站范圍土層主要為近代人工填土層、第四系河流沖洪積土層、砂層，下部基巖為志留系砂質(zhì)泥巖。

2　數(shù)值模型的建立

為簡化模擬過程，故基坑模型簡化為平面應(yīng)變模型，數(shù)值模型的尺寸為125 m×30 m×75 m,基坑開挖范圍為25 m×25 m，地連墻寬度為1 m，長度為25 m，基坑開挖步驟分工況1～工況8分步開挖至基底，其中工況1～工況8分別為開挖土體至-2.5 m處、-9.5 m處、-13.5 m處、-16.5 m處、-18.5 m處、-21 m處、-23.5 m處以及坑底處，并依次架設(shè)1道混凝土支撐和6道鋼支撐，鋼筋混凝土支撐架設(shè)位置為-2 m處，6道鋼支撐架設(shè)位置分別為-8.5 m處、-12 m處、-15 m處、-17.5 m處、-20 m處以及-22.5 m處。數(shù)值模型立體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，基坑監(jiān)測點布置圖如圖2所示。

3　數(shù)值計算結(jié)果分析

3.1　數(shù)值計算結(jié)果與實測結(jié)果對比分析

測點S4位于所選研究區(qū)域上，為基坑冠梁水平位移監(jiān)測點，將數(shù)值模擬計算結(jié)果同監(jiān)測結(jié)果做對比分析。監(jiān)測結(jié)果和計算結(jié)果對比如表1所示，兩者對比曲線如圖3所示。

表1　S4測點水平位移實測值與計算值對比

由圖3可知，基坑實測值和數(shù)值模擬計算值在一定范圍內(nèi)波動。兩者相比，工況8時誤差最大，為7.9%，工況5時誤差最小，為1.4%，對比可知，所建立的數(shù)值模型是合理的，數(shù)值模擬所得結(jié)果可以為現(xiàn)場施工提供理論指導(dǎo)。

3.2　深基坑開挖位移模擬分析

以下為數(shù)值模型在自重應(yīng)力平衡后，工況1～工況8開挖后基坑水平位移、沉降位移和混凝土支撐軸力的開挖模擬結(jié)果。

3.2.1基坑周邊巖土體水平、沉降位移分析

為能更清楚地了解基坑開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)的水平位移的變化規(guī)律，在模型中布設(shè)相應(yīng)監(jiān)測點:位移監(jiān)測點具體布設(shè)如圖2所示，基坑初始應(yīng)力達到平衡狀態(tài)后，基坑開挖工況1～開挖工況8水平位移變化曲線如圖4所示，沉降位移變化曲線如圖5所示，基坑開挖過程中基坑周邊巖土體豎向位移值統(tǒng)計表如表2所示。

1)圖4為基坑8個開挖步驟結(jié)束后，水平位移變化狀況，由圖4可總結(jié)出：基坑開挖過程中水平位移主要集中于基坑圍護結(jié)構(gòu)和墻后地表土體，隨著開挖的進行，墻后土體出現(xiàn)了背向基坑方向的位移，分析認為，是由于開挖卸載導(dǎo)致基坑出現(xiàn)應(yīng)力重分布，支撐體系作用在圍護結(jié)構(gòu)上的支撐應(yīng)力同墻后土體之間的壓力相互作用是基坑圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的主要原因。由圖4可知，隨著開挖的進行，水平位移逐漸增大，在第一個開挖步驟結(jié)束后，圍護結(jié)構(gòu)有1.73 mm向基坑內(nèi)移動的位移，在第三個開挖步驟結(jié)束后，基坑水平位移變形速率在緩慢變小，在開挖步驟8結(jié)束后，圍護結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)側(cè)的位移只達到了5.62 mm，說明該基坑開挖方案是合理的，支撐架設(shè)體系及時且有效的抑制了基坑圍護結(jié)構(gòu)的水平位移。

2)圖5為基坑8個開挖步驟結(jié)束后，沉降位移變化狀況，由圖5可總結(jié)出：在開挖步驟1結(jié)束后，坑外土體沉降位移達到6 mm～8 mm，在開挖步驟8結(jié)束后，周邊巖土體沉降位移達到了20.1 mm，隨著鋼支撐的架設(shè)，土體沉降位移逐漸趨于穩(wěn)定，這是由于支撐的增加，使施加在圍護體系上的支撐應(yīng)力增加，通過圍護結(jié)構(gòu)作用于墻后土體上的壓力也隨之增加，支撐應(yīng)力對遏制土體沉降有一定影響。

3)基坑底部土體位移不甚明顯，主要以隆起為主，最大隆起量不超過3.77 cm(見表2)，這表明基坑整體的圍護結(jié)構(gòu)和支護體系是完善合理的，有效的防止了基坑底部的隆起和回彈。

表2　基坑開挖過程中基坑周邊巖土體豎向位移值統(tǒng)計表

3.2.2混凝土支撐軸力分析

以第一道混凝土支撐為內(nèi)力監(jiān)測研究對象，重點分析在開挖結(jié)束后混凝土支撐內(nèi)力的變化情況?；炷林蝺?nèi)力隨開挖工況的變化曲線圖如圖6所示。

在工況1時，混凝土支撐由于剛架設(shè)，承擔(dān)了一定的墻后土體壓力，因此內(nèi)力有較高的水平，隨著開挖的進行，墻后土體壓力隨之增大，到工況2時，雖然鋼支撐有所增加但測點處支撐內(nèi)力仍然有增大的趨勢，工況3～工況7時，支撐體系相對完善，各支撐均承擔(dān)了部分墻后土體壓力，因此測值有一定的下降，工況8是在工況7的支撐體系基礎(chǔ)上直接開挖至基底，因此支撐軸力有一個上升的趨勢。

4　結(jié)語

本文利用數(shù)值模擬軟件對武漢地鐵王家墩北站地鐵深基坑的變形和受力狀態(tài)進行了分析，得出結(jié)論如下：

2)混凝土支撐的內(nèi)力隨支撐體系的完善，逐漸變小并趨于穩(wěn)定，但由于開挖工況8是在開挖工況7的支撐體系基礎(chǔ)上直接開挖至基底，因此支撐軸力有一個上升的趨勢，故施工過程中應(yīng)盡快完成基坑地板的澆筑，以及在開挖至基底時注意相關(guān)鋼支撐軸力的增加，從而確?；娱_挖過程中穩(wěn)定性。

參考文獻: