豐友山 胡長(zhǎng)勇

【摘? ? 要】：針對(duì)大型基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近既有地鐵車站結(jié)構(gòu)安全的影響，以實(shí)際工程為例，采用Midas GTS 有限元軟件對(duì)基坑開(kāi)挖進(jìn)行模擬分析，研究了基坑不同開(kāi)挖階段時(shí)風(fēng)亭及出入口結(jié)構(gòu)的位移及變化規(guī)律，通過(guò)與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較得出，模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)一致，該計(jì)算能模擬出施工的變形情況。

【關(guān)鍵詞】：基坑開(kāi)挖；地鐵車站；結(jié)構(gòu)安全

【中圖分類號(hào)】：TU753【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2024）01-56-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.016

收稿日期：2023-04-14

作者簡(jiǎn)介：豐友山（1989 - ）， 男， 碩士， 湖北黃岡人， 工程師， 從事地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

Study on the Safety Influence of ExistingSubwaySationSructureBased on the

Ecavation of Large Foundation Pit

FENG Youshan， HU Changyong

（China Rail Way Liuyuan Group Co.Ltd.， Wuxi 214000， China）

【Abstract】： Focusing on the safety influence of the existing subway station structure caused by the excavation of large foundation pit， this paper takes an actual project as an example， uses the Midas GTS finite element software to simulate and analyze the excavation of foundation pit， and studies the displacement and variation patterns of the wind pavilion and entrance structure during different excavation stages of the foundation pit， by comparing with actual monitoring data， the simulation results are consistent with the actual data， this calculation can simulate the deformation situation during construction.

【Key words】：excavation of foundation pits; subway stations; sructure safety

地鐵建設(shè)必將帶動(dòng)周邊經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，周圍新建工程越來(lái)越多；而城市空間資源有限，建筑物距離既有地鐵車站的距離也越來(lái)越近。依據(jù)國(guó)家相關(guān)地鐵安全保護(hù)條例或規(guī)范[1]，位于車站保護(hù)區(qū)內(nèi)新建工程要考慮施工活動(dòng)對(duì)軌道交通設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全影響[2～4]，若施工不當(dāng)，導(dǎo)致車站結(jié)構(gòu)損壞， 嚴(yán)重至車站坍塌，對(duì)車站運(yùn)營(yíng)和人民群眾的安全產(chǎn)生重大影響，會(huì)使國(guó)家經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失。本文以無(wú)錫市鄰近地鐵車站附屬結(jié)構(gòu)的某新建小學(xué)施工為例，通過(guò)Midas GTS軟件模擬分析，研究了施工過(guò)程中附屬結(jié)構(gòu)的變形，為后續(xù)安全施工提供指導(dǎo)參考。

1 工程概況

擬建小學(xué)地下建筑面積約14 129.26 m2，基坑開(kāi)挖尺寸為132 m×120 m×5.25 m，地下一層、地上3～5層，筏板基礎(chǔ)+承臺(tái)預(yù)制樁基礎(chǔ)，臨地鐵側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用長(zhǎng)18.05 m的SMW工法樁懸臂支護(hù)，兼做隔水帷幕，型鋼采用“隔一插一”形式?；颖眰?cè)及東側(cè)需作為臨時(shí)施工場(chǎng)地，采用長(zhǎng)12.8 m的拉森鋼板樁懸臂支護(hù)，坑內(nèi)因開(kāi)挖承臺(tái)形成的高差統(tǒng)一采用1∶1臨時(shí)放坡。地下室基坑與既有車站風(fēng)亭及出入口最小凈距分別為8.4、6.7 m。見(jiàn)圖1。

基坑范圍內(nèi)土層主要為①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③粉質(zhì)黏土、④粉砂層、⑥黏土層，基底以上約3 m范圍和基底以下約3 m范圍主要為②粉質(zhì)黏土、③粉質(zhì)黏土。見(jiàn)表1。

在先施工部位開(kāi)挖敞口集水井，集水明排?；油练椒謱臃侄伍_(kāi)挖；開(kāi)挖前，在基坑內(nèi)按間距約20 m布設(shè)降水井，中部結(jié)合土方開(kāi)挖設(shè)置敞口集水井，降低坑內(nèi)地下水位，同時(shí)基坑四周坡頂位置設(shè)置截水溝，攔截基坑外側(cè)地表水。

2 數(shù)值模擬分析

2.1 計(jì)算模型

采用Midas GTS 建模分析，基坑開(kāi)挖區(qū)域較大，按實(shí)際工程中分區(qū)開(kāi)挖簡(jiǎn)化計(jì)算，模型尺寸為217 m×143 m×50 m，基坑埋深5.25 m。盾構(gòu)管片、車站結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)（抗彎剛度等效）采用2D板單元，梁、柱采用1D梁?jiǎn)卧瑯痘捎弥踩胧?D梁?jiǎn)卧馏w采用實(shí)體單元，地面超載取20 kPa，建筑物地上部分按15 kPa/層考慮。臨車站側(cè)地下室基坑止水帷幕隔斷④、⑤承壓含水層，地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔斷④1、④2承壓含水層，臨車站側(cè)地下室基坑坑內(nèi)降水不會(huì)對(duì)坑外水位造成影響，故計(jì)算分析不考慮坑內(nèi)降水對(duì)坑外水位的影響。

本構(gòu)模型采用修正的莫爾-庫(kù)倫模型。模型邊界側(cè)向加法向約束，底部加固定約束，頂部自由。見(jiàn)圖2。

施工模擬計(jì)算分3個(gè)區(qū)實(shí)施：先施工1區(qū)，然后施工2區(qū)，最后施工3區(qū)。

基坑開(kāi)挖方案：先施工兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及開(kāi)挖土體，再施工中間圍護(hù)及開(kāi)挖中間的土體。

2.2 計(jì)算結(jié)果

2.2.1 變形結(jié)果

3區(qū)開(kāi)挖時(shí)豎向位移達(dá)到最大值為5.99 mm，為開(kāi)挖深度的0.11%；因單側(cè)開(kāi)挖，引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向基坑側(cè)的水平位移最大值為1.87 mm，為基坑開(kāi)挖深度的0.04%，變形結(jié)果均較小，滿足規(guī)范變形控制值10 mm的要求。見(jiàn)圖3。

結(jié)構(gòu)整體呈上浮趨勢(shì)，土體開(kāi)挖時(shí)變形較大，地下室施工及上部結(jié)構(gòu)回筑時(shí)變形有所回落?；油馏w開(kāi)挖相當(dāng)于既有結(jié)構(gòu)周圍卸載過(guò)程，為保持平衡，基坑會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，造成此時(shí)結(jié)構(gòu)變形均相對(duì)較大；上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)相當(dāng)于一個(gè)加載過(guò)程，可以彌補(bǔ)一部分土體開(kāi)挖產(chǎn)生的卸載，結(jié)構(gòu)變形會(huì)有部分恢復(fù)。其中開(kāi)挖3區(qū)時(shí)結(jié)構(gòu)變形達(dá)到最大，3區(qū)為基坑預(yù)留核心土體，土體卸載時(shí)變形影響較大，此時(shí)施工應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)，防止變形過(guò)大，必要時(shí)可以增加支撐?？傊?，結(jié)構(gòu)整體及局部變形可控，均滿足規(guī)范要求。

2.2.2 位移

選取3區(qū)開(kāi)挖這一最不利工況進(jìn)行分析。距離基坑較近的風(fēng)亭及出入口結(jié)構(gòu)受施工影響較大，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形。變形較大的地方也是結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，基坑施工時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注，保證既有結(jié)構(gòu)安全，必要時(shí)需采取合理的相關(guān)措施。見(jiàn)圖4。

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

依據(jù)監(jiān)測(cè)單位反饋，基坑開(kāi)挖期間出入口及風(fēng)亭結(jié)構(gòu)垂直位移累計(jì)值為2.1 mm（隆起），水平位移累計(jì)值為-7.6 mm（向主體結(jié)構(gòu)方向），側(cè)墻垂直度變化累計(jì)值為 0.22‰。

基坑開(kāi)挖過(guò)程中出入口及風(fēng)亭水平位移達(dá)到了預(yù)警值，經(jīng)分析，認(rèn)為出入口及風(fēng)亭結(jié)構(gòu)變形主要由降雨和卸載造成，后經(jīng)長(zhǎng)期追蹤監(jiān)測(cè)，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)測(cè)項(xiàng)變化都較小，均不超過(guò)5 mm。

3 結(jié)論與措施

1）小學(xué)建設(shè)過(guò)程中對(duì)既有地鐵車站附屬結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生了一定的影響，尤其是靠近基坑較近的結(jié)構(gòu)變形均相對(duì)較大，但各項(xiàng)變形指標(biāo)均滿足規(guī)范控制值10 mm的要求，滿足結(jié)構(gòu)安全要求。

2）模擬計(jì)算結(jié)果與基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)吻合，整體均產(chǎn)生向上的變形，距離基坑較近的風(fēng)亭及出入口變形較大。

3）基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)存在較厚的①1填土，對(duì)基坑工程非常不利。圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工宜采取改善泥漿性能等措施，保證成孔及成樁質(zhì)量。

4）嚴(yán)格控制近地鐵側(cè)基坑暴露時(shí)間，地鐵側(cè)應(yīng)分區(qū)分段開(kāi)挖，以確保安全；開(kāi)挖工序及結(jié)構(gòu)回筑工序應(yīng)嚴(yán)格按照分區(qū)工序執(zhí)行。

5）臨地鐵側(cè)的基坑需在圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕施工完畢并達(dá)到強(qiáng)度后才能開(kāi)挖。開(kāi)挖需分層、分段實(shí)施，每層厚度不應(yīng)＞2.5 m?；娱_(kāi)挖應(yīng)遵循分區(qū)分塊的原則進(jìn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，信息化施工。

6）在施工中建議按模型計(jì)算變形較大的位置重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，制定相應(yīng)的應(yīng)急措施及方案，保證車站安全運(yùn)營(yíng)。

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