摘要：依托西安地鐵8號線2標段廣泰門站項目，開展了數(shù)值仿真模擬，研究透水砂層地鐵深基坑降水開挖過程中地表沉降和圍護結(jié)構(gòu)變形規(guī)律。研究結(jié)果表明：隨著基坑開挖深度的增大，地表沉降增加幅度也隨之增大。標準段外地表沉降明顯大于端頭井段地表沉降，基坑開挖完畢后，標準段地表沉降峰值為2.6mm。降水完成后，開挖過程不會再額外產(chǎn)生過多的沉降。隨著基坑降水與開挖的開展，地下連續(xù)墻位移持續(xù)增加，位移峰值出現(xiàn)在墻體中上部，曲線呈“鼓肚”狀。地下連續(xù)墻水平位移主要發(fā)生在基坑開挖階段，基坑降水對地下連續(xù)墻水平位移的影響不及基坑開挖造成的影響劇烈?；娱_挖完畢后，基坑中部地下連續(xù)墻水平位移峰值約為1.54mm，較拐角位置處的地下連續(xù)墻水平位移下降了21%。

關(guān)鍵詞：深基坑；地鐵車站；基坑降水；透水砂層

0" "引言

隨著我國城市化的推進與地下工程建設(shè)的不斷發(fā)展，在富水地層進行地下工程施工時出現(xiàn)的降水問題越來越多。針對于此，國內(nèi)學者對透水砂層地鐵深基坑降水開挖過程中地表沉降和圍護結(jié)構(gòu)變形規(guī)律開展了一系列研究。

張軍和童剛強[1]依托天津地鐵某車站項目，在基坑開挖前開展降水試驗，分析了車站基坑地下連續(xù)墻水平位移、地表和附近建筑物沉降情況。萬昊等[2]提出了落底式止水帷幕條件下承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)的解析和數(shù)值計算方法，并結(jié)合武漢園林路地鐵站深基坑現(xiàn)場抽水連通試驗數(shù)據(jù)，驗證了方法的正確性和可靠性。朱浪等[3]依托工程實例，對喀斯特地質(zhì)復雜施工環(huán)境深基坑內(nèi)無空間降水控制技術(shù)進行了剖析。張龍保等[4]基于天津瀕海某地鐵車站項目，提出了一種瀕海富水軟土地質(zhì)懸掛式止水帷幕深基坑管涌防治技術(shù)，為類似工程管涌險情的應(yīng)急處理提供了技術(shù)支撐。孫大朋等[5]提出了懸掛式止水帷幕條件下深基坑群井降水引起的地表沉降計算公式，并對止水帷幕插入比、基坑內(nèi)水頭降深、基坑半徑與承壓含水層厚度之比，對地表沉降值的影響做了探究。李忠寶等[6]依托徐州市某深基坑開挖案例，開展了現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬，研究了不同降水工況對支護結(jié)構(gòu)變形及周圍地面沉降的影響規(guī)律和機理。

本文依托西安地鐵8號線2標段廣泰門站項目，通過有限元軟件建立地鐵車站基坑開挖降水數(shù)值模型，分析基坑降水開挖過程中基坑周邊地表的沉降變形和圍護結(jié)構(gòu)水平位移發(fā)展規(guī)律。本文的研究成果可為相似工程的設(shè)計與施工提供一定的借鑒、指導意義。

1" "工程背景

1.1" "工程基本情況

本文依托西安地鐵8號線2標段廣泰門站項目，該車站建筑面積23038m2，為地下三層島式站臺車站，基坑長度約為193m，標準段寬度為24.5m，深度約為24.68m。采用明挖+局部暗挖的施工方式，圍護結(jié)構(gòu)選用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐，地下水處理采取坑外截水和坑內(nèi)降水相結(jié)合的方式。

車站位于廣運潭大道大道和廣安路交叉路口以北，沿廣運潭大道南北向布置。場地地勢東高西低，地面高程介于404.4～405.4m之間，場地地貌單元屬浐河三級階地。車站周邊主要為商業(yè)用地和住宅。交叉路口東南象限為西岸國際花園小區(qū)，西南象限為信迪汽修中心及中鐵二十局第六工程有限公司，西北象限現(xiàn)狀為空地。

1.2" "地質(zhì)狀況

本站場地地基土的組成自上而下為人工填土、粉質(zhì)黏土、中砂、中風化巖層等。未發(fā)現(xiàn)溶洞等不良地質(zhì)條件，地下水位埋深在1.8～2.5m范圍區(qū)間。各土層參數(shù)如表1所示。

2" "有限元數(shù)值仿真模型建立

2.1" "模型簡化和假定

在進行有限元數(shù)值仿真模擬過程中，為了在不影響計算結(jié)果精度的前提下，提高計算效率，對模型做了一系列簡化和假定[7-8]。

首先在模擬計算過程中，忽略了止水帷幕的強度影響，僅考慮到了止水帷幕的止水作用。其次，為了方便建模，基于等效剛度理論，將鉆孔灌注樁等效成了地下連續(xù)墻，厚度為0.5m。

2.2" "模型參數(shù)確定

本次地鐵車站深基坑部分實際長度約為35.5m，寬度約為27.4m，開挖深度為24.68m，考慮到邊界效應(yīng)，將模型幾何尺寸設(shè)為150m×140m×60m（長×寬×高）。

采用修正的摩爾-庫倫本構(gòu)模型模擬土體，采用線彈性模型模擬擋土墻和內(nèi)支撐，地下連續(xù)墻、止水帷幕以及各單元之間的接觸作用通過界面單元模擬[9-10]。圍護結(jié)構(gòu)模型輸入?yún)?shù)見表2。

2.3" "邊界條件設(shè)定與網(wǎng)絡(luò)劃分

邊界條件方面，將模型底部設(shè)為固定約束邊界條件，模型四周設(shè)為法向約束邊界條件，頂部設(shè)為自由約束條件。在進行網(wǎng)格劃分時，對基坑支護周圍和基坑附近地表位置處進行了局部的網(wǎng)格加密處理，共劃分出321985個10節(jié)點有限元網(wǎng)格。該模型的網(wǎng)格劃分情況如圖1所示。

3" "結(jié)果分析與討論

基坑采取分布降水與分步開挖策略，開挖方式為先挖后撐，共進行了4次開挖。

3.1" "基坑外地表沉降

3.1.1" "端頭井段地表沉降

圖2展示了端頭井段坑外地表沉降變化曲線。從圖2可以看出，隨著基坑降水與開挖的進行，坑外地表沉降峰值增加，且隨著基坑開挖深度的增大，地表沉降增加幅度也隨之增大。

從距基坑邊緣距離可以看出，同一工況下最大沉降出現(xiàn)在距基坑邊緣0～5m范圍內(nèi)。沉降達到峰值后，隨著距離的增加地表沉降逐漸下降，曲線呈現(xiàn)凹槽狀分布。深基坑降水與開挖完畢后，端頭井段周圍地表最大沉降達到了2.2mm。

3.1.2" "標準段坑外地表沉降

圖3展示了標準段坑外地表沉降變化情況。從圖3可以看出，基坑標準段外地表沉降變化亦呈現(xiàn)上文所述趨勢。但從數(shù)值而言，同一工況下標準段坑外的地表沉降數(shù)值均大于端頭井段?；娱_挖完畢后，標準段地表沉降峰值達到了2.6mm。降水完成后，進行開挖過程中不會再額外產(chǎn)生過多的沉降，甚至沉降會出現(xiàn)下降。分析認為，由于在基坑分步開挖過程中，還包括了圍護結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土支撐的施工，該施工對基坑起到了一定的加固作用。

基坑降水過程中，由于孔隙水壓力不斷下降，引起坑外土體有效應(yīng)力增加，同時由于降水引起的水頭差會產(chǎn)生滲透壓力，二者共同作用引起地表沉降增大。

3.2" "圍護結(jié)構(gòu)水平位移

3.2.1" "基坑拐角位置處圍護結(jié)構(gòu)水平位移

圖4展示了基坑拐角位置處圍護結(jié)構(gòu)水平位移的分布情況。從圖4可以看出，隨著基坑降水與開挖的進行，地下連續(xù)墻位移持續(xù)增加。第二次開挖完成后，地下連續(xù)墻水平位移分布逐漸規(guī)律化，最大值出現(xiàn)在墻體中上部，曲線呈“鼓肚”狀。

與地表沉降不同，地下連續(xù)墻水平位移主要發(fā)生在基坑開挖階段，基坑降水對地下連續(xù)墻水平位移的影響，遠不及基坑開挖造成的影響劇烈?；娱_挖完成后，地下連續(xù)墻水平位移峰值達到了1.95mm。

3.2.2" "基坑中部位置處圍護結(jié)構(gòu)水平位移

圖5展示了基坑中部位置處圍護結(jié)構(gòu)水平位移的分布情況。從圖5可以看出，基坑中部地下連續(xù)墻水平位移亦呈現(xiàn)上文所述趨勢，即隨著基坑開挖的進行水平位移逐漸增加，峰值出現(xiàn)在地下連續(xù)墻中上部。

從數(shù)值而言，基坑開挖完畢后，基坑中部地下連續(xù)墻水平位移峰值約為1.54mm，較拐角位置處的地下連續(xù)墻水平位移下降了21%。

綜上所述，鑒于基坑拐角位置處地下連續(xù)墻水平位移，大于標準段地下連續(xù)墻水平位移變形，因此在實際工程中，必須采取必要的加固措施，以降低安全風險。

4" "結(jié)束語

本文依托西安地鐵8號線2標段廣泰門站項目，通過數(shù)值模擬手段，分析了透水砂層地鐵深基坑降水開挖過程中地表沉降和圍護結(jié)構(gòu)變形規(guī)律。得出主要結(jié)論如下：

隨著基坑降水與開挖的進行，坑外地表沉降值增加，且隨著基坑開挖深度的增大，地表沉降增加幅度也隨之增大。標準段外地表沉降要明顯大于端頭井段地表沉降?；娱_挖完畢后，標準段地表沉降峰值達到了2.6mm。降水完成后，進行開挖過程中不會再額外產(chǎn)生過多的沉降。隨著基坑降水與開挖的進行，地下連續(xù)墻位移持續(xù)增加，最大值出現(xiàn)在墻體中上部，曲線呈“鼓肚”狀。地下連續(xù)墻水平位移主要發(fā)生在基坑開挖階段，基坑降水對地下連續(xù)墻水平位移的影響，遠不及基坑開挖造成的影響劇烈。

基坑開挖完畢后，基坑中部地下連續(xù)墻水平位移峰值約為1.54mm，較拐角位置處的地下連續(xù)墻水平位移下降了21%。鑒于基坑拐角位置處地下連續(xù)墻水平位移，大于標準段地下連續(xù)墻水平位移變形，因此在實際工程中，必須采取必要的加固措施，以降低安全風險。

參考文獻

[1] 張軍，童剛強.天津地鐵某車站基坑開挖前降水試驗研究[J].天津建設(shè)科技，2024，34（1）：8-11.

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