新建車站圍護結(jié)構(gòu)對既有車站的偏壓影響分析及對策研究

李巖龍

摘? 要：針對新建車站圍護結(jié)構(gòu)對既有車站偏壓影響，文章利用有限元軟件，結(jié)合成都地鐵某線實例，通過建模計算分析基坑開挖對既有線結(jié)構(gòu)的豎向及水平位移，并結(jié)合規(guī)范對既有車站結(jié)構(gòu)的影響程度進行了評價。

關(guān)鍵詞：新建圍護結(jié)構(gòu);深基坑;既有車站;偏壓;數(shù)值模擬

中圖分類號：U231.3 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）36-0051-02

Abstract： In view of the influence of the enclosure structure of the new station on the bias of the existing station， this paper uses the finite element software， combined with an example of a Chengdu subway line， through modeling and calculation to analyze the vertical and horizontal displacement of the foundation pit excavation on the existing line structure. In accordance with the relevant code， the influence degree of the existing station structure is evaluated.

Keywords： new retaining structure; deep foundation pit; existing station; bias; numerical simulation

引言

考慮到地鐵車站建設(shè)先后時序的因素，緊鄰既有運營地鐵車站進行施工的情況越來越多，后建車站的基坑開挖必然對既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[1]。國內(nèi)外學(xué)者已進行了大量針對新建車站基坑對既有建構(gòu)筑物的影響分析，并取得顯著成果：曾遠等[2]分析基坑開挖引起緊鄰車站變形，研究地鐵車站基坑開挖時新舊兩車站間距、源頭變形、土體彈性模量3個因素對運營車站變形的影響;李志高等[3]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，大剛度地鐵車站的存在對基坑開挖的位移場有很大影響，表現(xiàn)為對基坑變形的遮攔作用和改變坑周土體位移場。

本文在既有研究的基礎(chǔ)上，分析新建車站圍護結(jié)構(gòu)對既有車站的偏壓影響，同時針對不同深度的新建基坑對既有車站的影響進行對比分析，并結(jié)合實施風(fēng)險提出相應(yīng)對策。

1 工程概況

基于成都地鐵某線換乘站實例，新建車站圍護結(jié)構(gòu)采用Ф1200@2200/2000旋挖樁+Ф609mm（t=16mm）鋼管內(nèi)支撐。樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，截面bxh=1.6/1.9x0.9m，沿基坑豎向設(shè)置三道支撐，水平間距6m、3m、3m。

地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml），第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl），第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）、第四系中下更新統(tǒng)冰水沉積層（Q1+2fgl）、白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）及白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組（K2j）基巖組成。

模型結(jié)合成都地鐵1～4號線工程經(jīng)驗，建立雜填土、卵石土及中風(fēng)化泥巖層模擬13號線地層情況。土層主要力學(xué)參數(shù)表見表1。

2 地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計算方法

采用Midas GTS NX有限元分析軟件建立地層結(jié)構(gòu)模型，建立3種不同深度的新建基坑對既有車站的影響分析模型，有限元計算模型簡圖如圖1所示。

目前應(yīng)用較為廣泛的地下結(jié)構(gòu)計算模型可以分為兩類：（1）荷載結(jié)構(gòu)模型，又稱作用-反作用模型。按作用在車站結(jié)構(gòu)上的土層壓力選定結(jié)構(gòu)材料和確定斷面形式、尺寸與構(gòu)造的隧道設(shè)計模型。特點是認為地層對車站結(jié)構(gòu)的作用僅是產(chǎn)生荷載，車站結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受各類荷載的共同作用。（2）地層結(jié)構(gòu)模型，考慮土層與車站結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成受力體系。車站結(jié)構(gòu)內(nèi)力與土層重分布應(yīng)力一起按連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法計算。土層與車站結(jié)構(gòu)的相互作用以變形協(xié)調(diào)條件來體現(xiàn)。

3 有限元建模

本計算模型上邊界取到地表，豎向共取40m，寬度取250m，縱向考慮既有車站長度和邊界效應(yīng)取。地表取為自由邊界，土體采用Mohr-Coulomb模型。其它五個面均采用滾軸約束。建立的計算模型網(wǎng)格如圖1所示。

模型中采用實體單元模擬土層，采用2D板單元模擬車站板墻結(jié)構(gòu)，1D梁單元模擬車站圍護樁、柱子與橫撐。新建車站與既有結(jié)構(gòu)關(guān)系圖及既有車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

4 計算結(jié)果分析

圖3為新建三層車站對既有車站的位移影響。根據(jù)計算結(jié)果，新建三層站基坑開挖及圍護結(jié)構(gòu)施做對既有車站的豎向位移為0.758mm，縱向位移為0.523mm，橫向位移為0.435mm。

（a）豎向位移Tz

（b）橫向位移Tx

圖4為新建兩層站基坑對既有車站的位移影響。根據(jù)計算結(jié)果，新建三層車站開挖及圍護結(jié)構(gòu)施做對既有車站的豎向位移為0.637mm，縱向位移為0.173mm，橫向位移為0.592mm。

根據(jù)GB 50911-2013[5]《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)

規(guī)范》，既有結(jié)構(gòu)水平位移及豎向位移均滿足規(guī)范限值要求，見表2。

5 結(jié)論及建議

對比2種不同深度新建基坑對既有站的影響，結(jié)果表明：

（1）隨著新建車站基坑開挖深度增加，既有車站結(jié)構(gòu)豎向位移、橫向位移均逐漸增大。其中豎向位移增幅較大，橫向位移增幅較小。

（2）通過對比2種不同深度基坑，既有結(jié)構(gòu)豎向位移最大值均出現(xiàn)在新建基坑開挖至基底，底板尚未澆筑時。當(dāng)新建基坑深度大于既有結(jié)構(gòu)底板埋深時，既有結(jié)構(gòu)豎向位移較大。反之則較小。

建議：

（1）為使施工期間對既有線影響降至最小，達到可防可

控，需要制定完備合理的技術(shù)措施。

（2）信息化技術(shù)是設(shè)計施工的重要補充，對于及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題起到關(guān)鍵作用。

參考文獻：

[1]劉亮.T型換乘地鐵車站續(xù)建基坑開挖對運營結(jié)構(gòu)的影響分析及對策[J].隧道建設(shè)，2015，35（03）：244-249.

[2]曾遠，李志高，王毅斌.基坑開挖對鄰近地鐵車站影響因素研究[J].地下空間與工程學(xué)報，2005，1（4）：642-645.

[3]李志高，曾遠，劉國彬.臨近地鐵車站基坑開挖位移傳遞規(guī)律數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué)，2008，29（11）：3104-3108.

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50911-2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，2013.