基坑共用臨近地鐵車(chē)站既有地連墻的數(shù)值模擬

李 康

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510641； 2.亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510641)

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基坑共用臨近地鐵車(chē)站既有地連墻的數(shù)值模擬

李 康1，2

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510641； 2.亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510641)

采用三維有限元模型，模擬了深圳某臨近地鐵深大基坑開(kāi)挖過(guò)程，討論了降水情況下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是否共用地鐵車(chē)站原有地連墻對(duì)車(chē)站的影響，并得出了該共用地連墻方案的可行性，為今后類似工程方案設(shè)計(jì)提供了借鑒。

深大基坑，地鐵車(chē)站，數(shù)值模擬，地下連續(xù)墻

隨著我國(guó)各大城市中心城區(qū)地下空間的開(kāi)發(fā)，緊鄰地鐵區(qū)間隧道的深大基坑施工對(duì)鄰近地鐵區(qū)間隧道的影響也越來(lái)越受到關(guān)注[1-3]。在研究此類相互影響問(wèn)題時(shí)，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要關(guān)注基坑的施工步驟及地鐵區(qū)間隧道的加固措施兩個(gè)方面[4-6]，而對(duì)利用既有地鐵車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的可行性及經(jīng)濟(jì)性則鮮有研究。本文以深圳某臨近地鐵車(chē)站超深大基坑工程為例，綜合前述研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值模擬分析討論了基坑降水條件下，是否共用既有地鐵車(chē)站地連墻對(duì)地鐵車(chē)站的影響，并總結(jié)了相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，為今后類似臨近地鐵超深大基坑提供了借鑒和參考。

1 工程概況

擬建項(xiàng)目位于深圳市福田區(qū)，蘭光路西側(cè)，振華路北側(cè)，臨近地鐵2號(hào)線燕南站。計(jì)劃興建1棟34層的辦公+酒店式高層建筑，基坑平面布局呈近正方形，支護(hù)結(jié)構(gòu)周長(zhǎng)約315.3 m，占地面積約5 996.8 m2，設(shè)計(jì)地坪高程10.50 m，基坑深度為16.9 m，屬于深大基坑，重要性等級(jí)為一級(jí)。設(shè)計(jì)有兩種方案：方案一：基坑南側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)利用地鐵2號(hào)線燕南站原臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻。方案二：基坑南側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)不利用地鐵2號(hào)線燕南站原臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻(見(jiàn)表1)。

表1 本項(xiàng)目施工方案

兩種方案基坑開(kāi)挖深度約16.9 m，開(kāi)挖施工必然引起場(chǎng)地土層應(yīng)力場(chǎng)的顯著變化，引起土層變形，進(jìn)而可能對(duì)周邊的建(構(gòu))筑物產(chǎn)生一定的影響，基坑周邊環(huán)境如圖1所示。

2 三維模型的建立

2.1 土層參數(shù)

根據(jù)不同鉆孔的地質(zhì)信息，本次分析的土層參數(shù)及本構(gòu)關(guān)系如表2所示，并初定彈性模量E=(3～5)Es。

表2 土層參數(shù)及本構(gòu)關(guān)系

2.2 分析工況

以方案一為例，基坑逐步開(kāi)挖至坑底，其工況設(shè)置如下：1)初始地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算；2)施工地鐵車(chē)站；3)基坑咬合樁施工；4)整體開(kāi)挖至第一道支撐標(biāo)高處，并施作冠梁及第一道支撐；5)開(kāi)挖北側(cè)區(qū)段第二道支撐底，并施工基坑南側(cè)區(qū)段(靠近車(chē)站)第一道腰梁及第二道支撐；6)開(kāi)挖至南側(cè)區(qū)段第三道支撐底，并施工北側(cè)區(qū)段(遠(yuǎn)離車(chē)站)第一道腰梁及第二道支撐；7)開(kāi)挖至北側(cè)區(qū)段第三道支撐底，并施工南側(cè)區(qū)段第二道腰梁及第三道支撐；8)開(kāi)挖至南側(cè)區(qū)段第四道支撐底，并施工北側(cè)區(qū)段第二道腰梁及第三道支撐；9)開(kāi)挖至坑底，并施工南側(cè)區(qū)段第三道腰梁及第四道支撐。

2.3 有限元模型

整體有限元模型如圖2所示，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及地鐵車(chē)站細(xì)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，方案一方案二基坑支護(hù)模型分別如圖4，圖5所示。整體模型共有200 807個(gè)單元，96 355個(gè)節(jié)點(diǎn)。

3 結(jié)果對(duì)比分析

3.1 地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)變形分析

如表3所示為方案一與方案二基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)的最大位移，可以得出基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)共用地鐵車(chē)站原有地下連續(xù)墻，僅對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)位移產(chǎn)生一定影響(仍處于安全范圍)，而對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的位移影響甚小(位移云圖見(jiàn)圖6～圖9)。

3.2 降水引起車(chē)站結(jié)構(gòu)位移分析

對(duì)于上述兩個(gè)方案，基坑降水對(duì)地鐵車(chē)站的位移均有顯著影響。對(duì)于方案一，基坑降水2 m后地鐵2號(hào)線燕南站的最大位移發(fā)生在南北(Y)方向。且通過(guò)分析，位移隨降水水位增大而增長(zhǎng)，基坑降水對(duì)車(chē)站結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生了顯著的影響，其中燕南站緊鄰基坑南側(cè)(共用地連墻區(qū)域)：降水1 m，朝向基坑方向(南北方向)最大位移6.45 mm(向北)，沿基坑方向(東西方向)最大位移-0.70 mm(向西)，豎向最大位移-2.44 mm(下沉)；降水2 m，朝向基坑方向(南北方向)最大位移5.75 mm(向北)，沿基坑方向(東西方向)最大位移-0.62 mm(向西)，豎向最大位移-4.72 mm(下沉)。方案二亦與此類似。

表3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及地鐵車(chē)站最大位移 mm

4 結(jié)論及建議

本次分析借助有限元軟件Midas/GTS建立了深圳某臨近地鐵車(chē)站深大基坑的兩種不同設(shè)計(jì)方案三維計(jì)算模型，分析模擬了基坑開(kāi)挖的全過(guò)程，探討了基坑設(shè)計(jì)能否共用原有地鐵車(chē)站地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的可行性，主要得到如下結(jié)論：

1)本項(xiàng)目基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用既有地鐵車(chē)站地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的位移影響極小，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的位移有一定的影響，但仍屬于安全范圍之內(nèi)。因此臨近地鐵車(chē)站深大基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用既有地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)(如地下連續(xù)墻)在技術(shù)上是安全可行的。

2)基坑降水對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生了顯著的影響，比如此例，降水2 m時(shí)，燕南站C出入口豎向沉降6.99 mm，會(huì)影響車(chē)站結(jié)構(gòu)的安全性。故需做好防滲防漏措施，并選取合理的基坑降水報(bào)警值。

3)根據(jù)基坑自身受力變形與既有地鐵結(jié)構(gòu)受力變形情況對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)和施工工況以達(dá)到改變既有地鐵結(jié)構(gòu)受力變形大小，保護(hù)既有結(jié)構(gòu)的目的。

[1] 陳俊生，劉叔灼.緊鄰地鐵設(shè)施大型基坑工程施工方案研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012(34):377-382.

[2] 高廣運(yùn)，高 盟，楊成斌，等.基坑施工對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的變形影響及控制研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2010(3):453-459.

[3] 胡 琦，許四法，陳仁朋，等.深基坑開(kāi)挖土體擾動(dòng)及其對(duì)鄰近地鐵隧道的影響分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2013(S2):537-541.

[4] 胡海英，張玉成，楊光華，等.基坑開(kāi)挖對(duì)既有地鐵隧道影響的實(shí)測(cè)及數(shù)值分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2014(S2):431-439.

[5] 張治國(guó)，張謝東，王衛(wèi)東.臨近基坑施工對(duì)地鐵隧道影響的數(shù)值模擬分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007(11):93-97.

[6] 王衛(wèi)東，吳江斌，翁其平.基坑開(kāi)挖卸載對(duì)地鐵區(qū)間隧道影響的數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué)，2004(S2):251-255.

Numercial simulation of excavation support using existing retaining wall of proximate subway station

Li Kang1,2

(1.SchoolofCivilEngineeringandTransportation,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641,China; 2.StateKeyLaboratoryofSubtropicalBuildingScience,Guangzhou510641,China)

A three-dimensional numerical model was employed in order to simulate the excavation process of an deep and large foundation pit in proximity to a subway station in Shenzhen, in the context of dewatering, the structure safety of subway station is anlysised concerning whether to include the existing retaining wall of the station, and corresponding feasibility was then derived. The project can also be served as a valuable preference to similar engineering practice in the foreseeable future.

deep-big excavation, subway station, numerical simulation, retaining wall

1009-6825(2016)28-0080-03

2016-07-25

李 康(1992- )，男，在讀碩士

TU463

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