白海龍

(中鐵七局集團(tuán)第二工程有限公司 遼寧沈陽 110000)

暗挖洞樁法（Pile-Beam-Arch-method，PBA）是一種靈活多變的施工方法，可以建造具有不同結(jié)構(gòu)層數(shù)和距離的車站?？梢赃m用于具有復(fù)雜管道和大量建筑的環(huán)境，逐漸成為修建地鐵車站的常用方法。而基坑豎井作為暗挖施工的第一步驟施工更是對(duì)整個(gè)工程具有格外的意義，分析研究基坑豎井及基坑豎井開挖工程中的建筑物沉降對(duì)于整個(gè)工程的建設(shè)來說，都是有重大意義的。已有許多研究者對(duì)基坑開挖對(duì)臨近建筑物影、PBA法的技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則和技術(shù)重點(diǎn)，并總結(jié)了洞樁法各階段的技術(shù)重點(diǎn)[1-4]。孫小飛[5]以沈陽地鐵北大營站為工程背景，通過建立有限元模型，并與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，研究基坑開挖對(duì)臨近建筑的影響。結(jié)果表明：通過設(shè)置隔斷墻、對(duì)建筑物基礎(chǔ)注漿加固，優(yōu)化基坑方案設(shè)計(jì)等保護(hù)措施能夠有效減小基坑施工對(duì)周圍環(huán)境的影響。羊科印[6]以西安某深基坑為工程背景，研究了邊樁直徑、邊樁長度、預(yù)應(yīng)力大小、建筑物荷載等因素對(duì)臨近建筑的影響。結(jié)果表明：建筑荷載對(duì)其影響最大，樁徑對(duì)臨近建筑物影響最小。

1 工程概況

沈陽地鐵3號(hào)線一期工程土建施工第十二合同段包括方型廣場站—三好街站區(qū)間、三好街站、三好街站—工業(yè)展覽館站區(qū)間3個(gè)單位工程，三好街車站采用PBA暗挖法施工。該車站為暗挖島式站臺(tái)車站，有效站臺(tái)寬度14 m，車站主體為地下兩層三跨八導(dǎo)洞框架結(jié)構(gòu)，車站總長220.7 m。標(biāo)準(zhǔn)段寬度為22.7 m，標(biāo)準(zhǔn)段高度為15.6 m，頂板覆土厚度約7.0 m。車站共設(shè)置3 個(gè)施工豎井、4個(gè)出入口通道、4個(gè)地面出入口、1個(gè)安全出口、2組風(fēng)道、2組地面風(fēng)亭。車站設(shè)置的3個(gè)施工豎井中，1 號(hào)豎井尺寸為9.8 m×11.3 m，開挖深度為30 m?；游恢煤椭苓吔ㄖ锶鐖D1所示。

圖1 豎井及其建筑物位置

1號(hào)豎井在豎井一側(cè)有地下一層地上22層的金科大廈；2號(hào)豎井在1號(hào)豎井周邊，2號(hào)豎井在橫通道一側(cè)有盛京醫(yī)院地下停車場；3號(hào)豎井位于車站右側(cè)，其兩側(cè)均有建筑物，豎井上側(cè)是南湖五金工具交易中心，下側(cè)是機(jī)電裝備大廈B座。本文模擬研究的是1號(hào)基坑豎井及其周邊建筑物在施工工程中的沉降問題。

2 數(shù)值計(jì)算分析

2.1 基坑數(shù)值模型的建立

采用Midas GTS NX有限元軟件建立1號(hào)豎井基坑臨近建筑物三維有限元仿真模型。在三維基坑豎井模型建立方面將施工現(xiàn)場簡化成X方向長度是60 m，Y方向是60 m，Z方向是45 m；豎井基坑的尺寸是X方向10 m，Y方向15 m，Z方向30 m。周邊建筑物位置簡化到距基坑豎井10 m 位置。在約束方面附加X、Y、Z方向底部約束位移，土體上表面不加約束，為自由面。模型如圖2、圖3所示。

圖2 三維實(shí)體模型

圖3 三維網(wǎng)格模型

2.2 材料本構(gòu)模型

依據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，三好街站沿線勘察工程深度內(nèi)主要地層分布為雜填土、中粗砂、圓礫、沙礫-1、沙礫-2，根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告和土體的性質(zhì)，土體模擬時(shí)選擇修正摩爾庫倫本構(gòu)關(guān)系。其中，土體、豎井基坑、建筑物均采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，豎井內(nèi)支撐、腰梁冠梁、豎井圍護(hù)樁均用梁單元進(jìn)行模擬，建筑物筏板樁采用植入式梁單元，建筑物筏板采用板單元進(jìn)行模擬。數(shù)值模擬參數(shù)如表1所示，材料計(jì)算取值如表2所示。

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)

表2 材料計(jì)算取值

2.3 模擬工序

豎井基坑采取分層開挖，分層支護(hù)，豎井開挖總深為30 m，共分6 次開挖。在開挖基坑之前需要先將周圍建筑物地上部分，地下部分進(jìn)行激活，地上部分包括25 m高的建筑物，地下部分包括地下室，建筑物筏板和長14 m 的建筑物筏板樁。然后在進(jìn)行初次支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，將圍護(hù)樁、地連墻、冠梁進(jìn)行激活，在開挖時(shí)每開挖一次進(jìn)行一次內(nèi)支撐與腰梁的建設(shè)，保證開挖一部分支護(hù)一部分，模擬過程一共分為15步。

3 模擬數(shù)值結(jié)果分析

3.1 距基坑不同距離的建筑物沉降

在同一X軸方向上每間隔2 m 選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)，檢測其在基坑豎井施工結(jié)束之后的沉降數(shù)值。檢測點(diǎn)的選取如圖4所示，自左到右分別是節(jié)點(diǎn)40 506、40 498、405 07、40 503、40 511、40 497。

圖4 節(jié)點(diǎn)選取

圖5 中曲線是豎井開挖結(jié)束，在做完第六步支護(hù)結(jié)構(gòu)后的沉降值。在距離豎井的建筑物上選取的5個(gè)連續(xù)的相鄰2 m 監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，由圖5 可以看出，在距離基坑10 m 處的節(jié)點(diǎn)40 506 的沉降值是最大的，達(dá)到了16.51 mm，隨著距離豎井的距離的不斷增加，沉降量的數(shù)值是逐步下降的，在距離基坑豎井20 m處的位置僅有6.78 mm，與距離基坑豎井10 m 處的16.51 mm 相差近3倍。每隔2 m的沉降差值在1.5～2.8 mm之間，其中距離基坑10 m和12 m兩處節(jié)點(diǎn)的沉降差距最大，達(dá)到2.82 mm，距離基坑18 m和20 m的沉降差距最小，僅有1.56 mm。整體呈近類似線性變化。

3.2 整體沉降效果

將每一步的開挖和其后面的支護(hù)步驟分為一步整體的工程步序，得到每一步序的模型沉降位移具體情況如圖6～圖10所示。

圖6 支護(hù)1沉降圖

圖7 支護(hù)2沉降圖

圖8 支護(hù)3沉降圖

圖9 支護(hù)4沉降圖

圖10 支護(hù)5沉降圖

圖6～圖10 是每一步支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后的模型整體沉降數(shù)值圖。從圖中可以明顯看出在支護(hù)步驟完成后，會(huì)明顯看到基坑與建筑物之間會(huì)有一段距離產(chǎn)生相對(duì)小的沉降，會(huì)有沉降低谷產(chǎn)生。在靠近豎井基坑的建筑物一側(cè)的沉降量在每一步驟都要大于遠(yuǎn)離基坑的一側(cè)的沉降數(shù)值。而在同一維度，X軸方向上沉降的產(chǎn)生基本呈現(xiàn)隨著離車站基坑距離增大而減小的規(guī)律，并且每隔2 m 的減少沉降幅度在不斷減小。隨著基坑開挖深度的增加，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力不斷增大，因此土體豎向方向的位移逐漸增大。隨著開挖深度的增加，坑頂豎向變形的影響范圍在變大。

4 結(jié)論

本文以暗挖車站施工為背景，通過Midas gts nx 軟件，對(duì)基坑豎井及周圍建筑物進(jìn)行三維模型建立，通過模擬施工工序，分析在基坑豎井開挖過程中及開挖完成后對(duì)建筑物的沉降影響得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）基坑對(duì)于建筑物的沉降影響越靠近基坑影響越重大，在建筑物兩側(cè)所引起的沉降數(shù)值相差巨大，在施工過程中需要進(jìn)行特別注意，防止建筑物兩側(cè)沉降相差過大，影響工程的工期進(jìn)度。

（2）在基坑與建筑物之間引起的沉降并不是隨著距離的增加一味地下降，在建筑物和基坑豎井之間會(huì)出現(xiàn)一段沉降量下降的區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)沉降低谷，需要在施工過程中格外注意。

（3）隨著基坑開挖的不斷深入，支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的土壓力也在不斷增加，土體的沉降范圍、沉降數(shù)值也在不斷增加，對(duì)于沉降的控制還是要從源頭抓起，加強(qiáng)基坑圍護(hù)和鋼結(jié)構(gòu)支撐剛度，降低對(duì)周邊建筑物的影響。