地鐵車站蓋挖逆作法圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究

胡志耀

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308)

與傳統(tǒng)的覆蓋挖法相比，蓋挖逆作對(duì)周圍環(huán)境影響小，可在冬季施工，節(jié)省基坑的臨時(shí)支護(hù)，簡(jiǎn)化了基坑的施工過程，更好地適應(yīng)了熙熙攘攘的鬧市區(qū)基坑施工。這種施工方法的運(yùn)用在施工工程需求中具有重要的價(jià)值運(yùn)用。本文在對(duì)這種分析方法了解的基礎(chǔ)上展開實(shí)際工程的研究，并以深圳地鐵7號(hào)線中的福民站作為實(shí)際的測(cè)量對(duì)象，在分析其結(jié)構(gòu)運(yùn)用的方法上通過有限元數(shù)值模擬法進(jìn)行模擬，并通過數(shù)據(jù)分析的方法展開其穩(wěn)定性結(jié)果分析。

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地概述

本文以深圳地鐵7號(hào)線項(xiàng)目中福民站為例展開研究探討，通過研究分析該地段的主要特征為路段呈現(xiàn)海相沖積平原。

1.2 地鐵車站基坑布置

深圳市軌道交通7號(hào)線貫穿富民路地下段。主站北側(cè)毗鄰知本大廈，在施工要求上需要考量其地段特征所產(chǎn)生的基坑變形，需要加強(qiáng)布置，有效控制。在建設(shè)的過程需要考慮布置在道路地下的線路、管道，如電力通信、水供應(yīng)管道等。地下管線平行在第7線，富民站西端與現(xiàn)有4線福民站T形換乘，盾構(gòu)東端接好。地鐵車站深基坑的總長(zhǎng)度為204.53 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面總長(zhǎng)度為21.1 m，采用蓋挖法施工。主基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm寬的連續(xù)墻和內(nèi)支撐系統(tǒng)，防止基坑降水。連續(xù)墻頂部設(shè)置有1 000 mm×1 100 mm的拱梁，格構(gòu)柱是由4×200×40等角角鋼作為承重構(gòu)件組成的。在計(jì)算主體結(jié)構(gòu)時(shí)，認(rèn)為擋土樁是一種永久結(jié)構(gòu)?；疖囌臼且粋€(gè)3層的地下車站。從上到下是車站樓層、設(shè)備水平和站臺(tái)水平。平臺(tái)有效寬度為123 m，有效平臺(tái)長(zhǎng)度為140 m，采用島式平臺(tái)。

2 有限元數(shù)值模擬

2.1 計(jì)算模型

三維有限元模型的尺寸為78 m×340 m×60 m，基礎(chǔ)下表面完全受約束，圓周為正常約束，基礎(chǔ)上表面自由。利用B31梁?jiǎn)卧M了中樁和水平支撐結(jié)構(gòu)，給出了不同的材料參數(shù)。本構(gòu)模型為線性彈性。

2.2 地連墻與土體接觸算法

7號(hào)線福民站地下連續(xù)墻與周圍土體的剛度差異較大，變形差異明顯。因此，有限元法用于分析基坑的開挖。在本文中，使用ABAQUS有限元分析軟件模擬地鐵車站基坑的施工過程，土壁之間的接觸特征和土壤表面接觸模型模擬的。接觸表面是不允許進(jìn)入到另一個(gè)接觸表面或本身有限滑動(dòng)接觸表面采用庫(kù)侖摩擦模型，非線性和非對(duì)稱分析是必要的。臨時(shí)格列由三維梁?jiǎn)卧M，它被視為節(jié)點(diǎn)組，然后point-to-face接觸模型是用來模擬。

2.3 施工過程模擬

對(duì)7號(hào)線富民站蓋挖法進(jìn)行了動(dòng)態(tài)施工過程的數(shù)值模擬，采用逐步法和逐層拆下不同單元組的方法。地下連續(xù)墻兩側(cè)噴射注漿樁的模擬采用現(xiàn)場(chǎng)變量技術(shù)實(shí)時(shí)更新巖土物理力學(xué)參數(shù)，模擬加固后土體的力學(xué)特性。計(jì)算模型只考慮自重應(yīng)力，不考慮構(gòu)造應(yīng)力，并在計(jì)算地應(yīng)力平衡后開始模擬主基坑的施工步驟。

2.4 計(jì)算結(jié)果分析

1)主廠房竣工后車站結(jié)構(gòu)變形分析見圖1，圖2是富民車站主基坑開挖后車站地下連續(xù)墻和混凝土樓板的總位移云圖。

圖1 基坑主體完工后地下連續(xù)墻變形云圖（單位：m）

在完成車站主體結(jié)構(gòu)的施工后，地下連續(xù)墻(外壁)的總位移為3 mm～15.7 mm，主要表現(xiàn)為基坑內(nèi)部變形。最大變形位于基坑兩側(cè)的第二側(cè)和負(fù)側(cè)。這三個(gè)位置是由于基坑開挖卸載能夠承受一定的阻力和浮力?；炷涟宓目偽灰茷? mm～21.0 mm，水平變形非常小。主要變形是垂直變形。板坯的中間部分是回彈變形，周圍是小的沉降變形。最大回彈變形位于第二層的負(fù)側(cè)?？缍鹊闹虚g部分主要受挖掘卸載的影響。

2)連續(xù)墻頂位移的時(shí)空變化分析。

由于地下連續(xù)墻的自重效應(yīng)，地下連續(xù)墻的豎向位移表現(xiàn)為沉降，在中部，地面連接墻的垂直沉降達(dá)到最大值為－5.9 mm。隨著施工工程的進(jìn)行降低了基坑開挖卸荷土體的自重，但整體仍有沉降。

連續(xù)墻豎向位移的空間分布是:地面連接墻長(zhǎng)度較大的墻1和墻6側(cè)墻的豎向變形，較小的墻1、墻3、墻5和墻7側(cè)墻的豎向變形長(zhǎng)度。空間效應(yīng)顯著。

3 基坑變形仿真計(jì)算與監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比

富民站線上建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)到基坑主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束期間地下連續(xù)墻的水平和垂直位移測(cè)量值與模擬值的對(duì)比曲線，墻頂?shù)乃轿灰坪痛怪蔽灰品謩e與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移和垂直位移相同，分別編號(hào)為QW和QC。

全站儀開挖過程按照從上到下的開挖方法，每個(gè)監(jiān)測(cè)的水平位移點(diǎn)坑傾向于增加。在基坑的施工過程中，基坑的變形速率相對(duì)較高。三次的測(cè)量和計(jì)算值穩(wěn)定后的5 mm～7 mm內(nèi)的建設(shè)主體結(jié)構(gòu)的基坑。數(shù)值模擬方法的水平變形結(jié)果與測(cè)量值吻合較好。

主站結(jié)構(gòu)自上而下應(yīng)用，開挖卸荷效果明顯。在基坑開挖的關(guān)鍵步驟和層、梁、柱等混凝土結(jié)構(gòu)的相應(yīng)應(yīng)用中，地下連續(xù)墻回彈豎向變形。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)值與計(jì)算值的比較曲線，可以看出QC1(基坑角隅)和QC5(基坑長(zhǎng)邊)的墻頂豎向變形規(guī)律是一致的，最終沉降值穩(wěn)定在5 mm和6 mm附近。結(jié)果表明，數(shù)值模擬方法對(duì)基坑開挖施工中基坑變形的預(yù)測(cè)具有一定的可信度。QC26測(cè)點(diǎn)位于基坑短邊中點(diǎn)，通過數(shù)值計(jì)算得到的墻頂沉降量大于實(shí)際監(jiān)測(cè)值。達(dá)到大約4 mm(測(cè)量值大約2 mm)，不排除由監(jiān)測(cè)點(diǎn)的移動(dòng)引起的干擾或施工期間由干擾引起的其他測(cè)量誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上的實(shí)測(cè)分析與判斷，可以得出以下實(shí)際結(jié)論:

1)通過有效的測(cè)量、數(shù)據(jù)的判斷，可以看出在施工完成后，總體的位移發(fā)生了以下變化，墻基坑是3 mm～157 mm，主要由基坑的變形。由于大型地下連續(xù)墻的重量，垂直位移出現(xiàn)沉降。

2)對(duì)比有限元模擬和監(jiān)測(cè)表明，水平位移與垂直位移的計(jì)算值可以看出與施工檢測(cè)值保持一致，其數(shù)值確定在穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)要求下。而在墻側(cè)位移的變化與監(jiān)測(cè)值是保持了一致，其數(shù)值反映了懸臂梁的變形狀況。通過有限數(shù)值模擬分析得出的結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)值保持一致，可以得出數(shù)值計(jì)算的可信度較高。