張瑋鵬

（廣州大學建筑設計研究院）

0 引言

某落客平臺擬跨越廣州地鐵九號線地鐵車站建設施工，存在多個承臺臨近甚至緊貼地鐵車站結構，考慮到落客平臺的承臺尺寸較大、樁基數(shù)量多，故針對承臺基坑開挖及樁基施工對地鐵車站結構的影響采用Midas-GTS NX 軟件進行三維有限元分析，以模擬分析計算結果指導施工，得到一些初步結論，為后續(xù)軌道交通建設和保護提供參考。

2 工程概況

某落客平臺10 號軸中墩、14 號軸中墩承臺、樁基礎位于地鐵車站及其附屬結構50m 范圍以內(nèi)，平面位置關系圖詳見圖1。其中，落客平臺西側(cè)10 號軸承臺基坑深約8.3m，樁基礎直徑1.8m，樁長15m；14 號軸中墩承臺基坑深3.5m，樁直徑1.8m，樁長18m。所有承臺臨近地鐵結構側(cè)均采用地鐵車站已建地連墻支護，其余側(cè)采用φ800@900mm 鉆孔灌注樁+φ600mm 的鋼管樁支撐（壁厚16mm）支護，樁間采用φ600mm 雙管旋噴樁止水?；又ёo平面圖、剖面圖見圖2～圖5。

圖1 落客平臺基礎與地鐵結構位置示意圖

圖3 10 號軸中墩基礎剖面示意圖

圖4 14 號軸中墩基礎平面示意圖

圖5 14 號軸中墩基礎剖面示意圖

3 三維有限元模型建立

根據(jù)項目承臺基坑與樁基礎的平、剖面圖及其與地鐵車站及其附屬結構關系，最終確定模擬分析模型的尺寸（長×寬×高）為320m×200m×50m。對模型底部約束Z 方向位移，模型前后面約束Y 方向位移，左右面約束X方向位移[1-2]?；谝陨线吔鐥l件，建立有限元分析模型如圖6 所示。

本次模擬計算分析選取偏不利鉆孔進行分析，地層自上而下為：素填土（3.0）、中砂（6.5m）、粘性土（4.5m）、強風化灰?guī)r（3m）、微風化灰?guī)r。地鐵車站底埋深17m，底部位于微風化巖；盾構隧道底埋深16m，底部位于強風化巖；附屬結構底多位于粘土層中。巖土地層及結構參數(shù)見表1。

4 模擬分析結果

圖6 承臺基坑、樁基礎與地鐵車站結構的三維有限元分析整體模型

圖7 承臺基坑、樁基礎與地鐵車站結構的有限元三維等軸側(cè)視圖

表1 巖土地層物理力學參數(shù)

根據(jù)承臺基坑及樁基礎設計圖紙，結合承臺基坑及樁基礎與地鐵車站結構的關系，本模型施工工況如表2所示。

基于上述模型和施工工況，基坑拆撐時（工況四）廣州九號線地鐵結構位移如圖8～圖10 所示，分析計算結果匯總見表3。

5 結論

基于以上工程概況、三維模型分析計算結果，得到結論如下：

圖8 基坑拆撐時（工況四）地鐵車站結構的水平方向(TX)位移變化等色圖

圖9 基坑拆撐時（工況四）地鐵車站結構的水平方向(TY)位移變化等色圖

圖10 基坑拆撐時（工況四）地鐵車站結構的豎直方向(TZ)位移變化等色圖

⑴樁基礎施工將導致車站主體結構發(fā)生遠離樁基方向的位移、豎直方向沉降，地鐵結構最大水平位移量為1.91mm，最大豎直沉降量為0.73mm；隨著基坑開挖到底，支護樁發(fā)生變形、基坑底隆起，地鐵結構發(fā)生向基坑方向的位移，地鐵結構最大水平位移量為3.26mm，最大豎直沉降量為1.82mm。

⑵當基坑開挖到底、坑外水位下降2m 和下降4m時，車站結構附近的有效土壓力增大，土體重新產(chǎn)生固結和壓縮沉降，造成地表及地鐵結構發(fā)生一定量的沉降。當基坑開挖至坑底且坑外地下水位下降2m 時，車站結構沉降量較地下水不變化情況有所變大，最大沉降量為2.26mm；坑外地下水位下降4m 時，車站結構最大沉降量為4.11mm。

表2 施工工況

表3 位移匯總

表4 內(nèi)力匯總

⑶綜上可知，雖然落客平臺承臺基坑、樁基礎緊貼地鐵結構施工，但因基坑尺寸較小、空間效應約束強，且地鐵車站主體結構為單層單跨矩形框架結構，整體剛度較大，因此樁基礎施工、基坑開挖未對車站結構造成明顯位移（最大總位移3.65mm），地鐵車站結構是安全的。