楊洪娜，段志宏，張 政，趙嘉輝，武 科

1.中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津 300384；2.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，濟(jì)南 山東 250061

隨著國(guó)家現(xiàn)代交通的快速發(fā)展，地鐵已成為一種方便快捷的交通方式。地鐵線路的修建不可避免會(huì)穿過(guò)一些既有建筑物，例如車站，基坑等［1］?；娱_(kāi)挖會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生影響，造成周邊既有結(jié)構(gòu)的變形或土體應(yīng)力重分布現(xiàn)象，因此有必要探究基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響。Duncan 和Changt 將利用大型數(shù)值計(jì)算軟件，將用數(shù)值模擬應(yīng)用到基坑工程中［3-4］，利用數(shù)值軟件對(duì)邊坡開(kāi)挖的力學(xué)性能進(jìn)行討論，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將所得數(shù)值模擬結(jié)果與其做對(duì)比。

本文選取巖土工程軟件Midas GTS/NX 模擬深圳地鐵四號(hào)線松元廈站基坑開(kāi)挖施工過(guò)程，驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的可靠性和合理性，為基坑工程提供一定的指導(dǎo)和借鑒［5-8］。

1 工程概況

松元廈站（原松元公園站）位于觀大道與高爾夫大道交口北側(cè)，呈東西向布量，車站部分位于松元廈村住宅區(qū)范圍內(nèi)，東側(cè)局部位于現(xiàn)狀松元公園山體范圍內(nèi)。此車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.4m，總長(zhǎng)172.8m，基坑深度約為17.9m，寬度為22.4m，頂板覆土約3.5m（局部位置深度22.6～29.3m，頂板覆土約2.5m）。

2 數(shù)值計(jì)算模型

2.1 數(shù)值近似模型

基坑開(kāi)挖過(guò)程采用大型數(shù)值模擬軟件Midas GTS/NX 進(jìn)行模擬，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程建立不同工況。防止模型邊界效應(yīng)所造成的影響，模型的最終尺寸為長(zhǎng)173m，寬120m，高90m。模型分為7 層土，分別為雜填土、全風(fēng)化粉砂巖、土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖、微風(fēng)化粉砂巖、碎裂石。

模型中土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)材料為各向同性材料，土體采用Mohr-Coulomb 模型。

2.2 模型力學(xué)參數(shù)

模型參數(shù)如表1、2 所示。

表1 土層力學(xué)參數(shù)

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)材料屬性

3 數(shù)值模擬計(jì)算分析

利用大型有限元數(shù)值軟件Midas GTS NX 進(jìn)行施工步驟模擬，得到模型位移云圖，然后對(duì)比監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

3.1 巖石土層沉降分析

基坑施工根據(jù)模擬結(jié)果所繪制的地表沉降曲線圖如圖1所示。

圖1 地表沉降曲線圖

從圖1 可以看出：初始應(yīng)力階段，巖石土層位移隨著深度增加而增大，位移云圖呈平行階梯樁，此時(shí)地表最大沉降量為2.67mm；隨著樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁的施工，巖石土層應(yīng)力場(chǎng)重分布。從圖中可以看出，混凝土支撐相比于鋼支撐，更能有效地降低地表沉降。

3.2 樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁水平位移分析

現(xiàn)取模型鉆孔樁進(jìn)行分析，其產(chǎn)生的水平位移隨施工步驟變化，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁的最大位移大致發(fā)生在緊靠支撐附近，且鉆孔樁的一維水平位移結(jié)果圖呈波浪狀，在鉆孔樁施工后，其水平位移隨著基坑深度增加而減少，基本上呈現(xiàn)線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，最大水平位移為1.31mm。

4 結(jié)論

模擬計(jì)算出地表沉降量和樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁的水平位移，并與實(shí)際施工過(guò)程中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以得出以下結(jié)論

（1）數(shù)值模擬計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)相似。地面撓度變化隨著離基坑距離的增加而減小，鉆孔水平撓度變化為在一定距離處增大再減小。

（2）車站基坑開(kāi)挖支撐能有效的降低周圍地表最大沉降量。

（3）在基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中，混凝土支撐相比于鋼支撐，更能有效地降低基坑周圍地表沉降量。