基坑開挖對(duì)既有地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)的影響分析

劉 健， 李 攀

（湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著城市軌道交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，既有地鐵車站與地下商業(yè)體連接通道建設(shè)工程也隨之增多，連接通道施工對(duì)鄰近既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響問題在實(shí)際工程中引起了越來越多的關(guān)注［1～3］。如何準(zhǔn)確模擬和有效控制施工引起的地表位移和結(jié)構(gòu)形變，確保施工和既有地鐵安全，已成為城市地下空間開發(fā)工程中需要解決的重要課題［4～5］，而數(shù)值模擬方法是探究該類問題常用的方法之一［6～8］。本文以長(zhǎng)沙地鐵2 號(hào)線工程某地鐵車站新建連接通道為例，采用有限元軟件FLAC3D 進(jìn)行數(shù)值模擬，從地面沉降和地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)變形的角度進(jìn)行分析，為評(píng)價(jià)基坑支護(hù)方案的合理性及對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的安全性提供理論依據(jù)并提出建議性處理措施。

1 工程概況

擬建地下連接通道北連商業(yè)體地下車庫(kù)，南接地鐵2 號(hào)線某站主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻，為地下一層箱型混凝土框架結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)約13.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)外輪廓寬6.2 m、高5.1 m,埋深約8.4 m。通道西側(cè)為地鐵風(fēng)亭，最小距離為3.2 m。

Ma?lle等[14]借助HPLC-UV法及響應(yīng)面法（RSM）對(duì)葉黃素提取參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，取得了較好的提取效果。Boonnoun等[15]使用液化二甲醚，配合HPLCDAD法，提高了萬(wàn)壽菊花中游離葉黃素的提取率。Fan等[16]利用超臨界CO2及HPLC，研究提取葉黃素的最佳條件，并建立模型提高葉黃素提取率。Cobb等[17]采用HPLC-PDA法及響應(yīng)面法確定了玉米蛋白粉中葉黃素的最佳提取條件，并認(rèn)為葉黃素和玉米黃質(zhì)的提取量是強(qiáng)相關(guān)。Pal等[18]應(yīng)用HPLC法和響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化提取參數(shù)，確定了黃玉米粒中葉黃素的最佳提取方法。

式中:I為單位矩陣;δZk為預(yù)測(cè)觀測(cè)值與測(cè)量值之間的差值;xk|k-1為系統(tǒng)狀態(tài)在第k步的先驗(yàn)估計(jì);θk|k-1為系統(tǒng)狀態(tài)在第k步的先驗(yàn)估計(jì)；θk-1為k-1時(shí)刻實(shí)際測(cè)量值；矩陣Fk為預(yù)測(cè)矩陣，用于預(yù)測(cè)下一個(gè)取樣步驟時(shí)的測(cè)量值；Pk|k-1為狀態(tài)誤差協(xié)方差矩陣在第k步的先驗(yàn)估計(jì)；Pk為狀態(tài)誤差的協(xié)方差矩陣;Kk為卡爾曼增益.

連接通道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，設(shè)計(jì)采用直徑為0.8 m、樁間距為1.2 m 的鉆孔樁，樁嵌固深度為5.5 m；冠梁部位設(shè)置一道直徑0.609 m鋼管支撐，支撐間距3.5 m。

2 數(shù)值計(jì)算分析

2.1 計(jì)算模型

2）施工地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)，進(jìn)行應(yīng)力平衡計(jì)算，作為影響研究的初始狀態(tài)；

3）施工連接通道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，開挖基坑，直至開挖至基坑底，此為最終工序。

圖1 三維計(jì)算模型

圖2 風(fēng)亭結(jié)構(gòu)模型

圖3 連接通道基坑圍護(hù)體系模型

2.2 計(jì)算參數(shù)

2）結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

1）土層參數(shù)。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及設(shè)計(jì)資料，基坑深度范圍內(nèi)土體均為素填土，天然密度2.00 g/cm3、孔隙比0.72、黏聚力15 kPa、內(nèi)摩擦角10°、壓縮系數(shù)0.40 MPa-1、變形模量15 MPa、側(cè)壓力系數(shù)0.35、泊松比0.38。

表1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.3 計(jì)算工況及初始應(yīng)力

第一、二工況為初始工序，故不做展開分析，提取相關(guān)應(yīng)力結(jié)果作為后續(xù)影響研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。見圖4-圖6。

大勇，你快帶人走，這里由我們幾個(gè)兄弟斷后，快走，不然一個(gè)也跑不掉。老機(jī)八指揮著他的幾個(gè)兄弟們四散開去，一邊推著陳大勇。

連接通道基坑開挖后，引起周邊土體的變形見圖7-圖9。

采用巖土工程有限元軟件FLAC3D，模型中預(yù)設(shè)開挖土體單元，開挖單元及土體單元、風(fēng)亭結(jié)構(gòu)均采用實(shí)體單元，基坑圍護(hù)樁采用pile單元，冠梁及鋼支撐采用beam單元。建模范圍包括風(fēng)亭結(jié)構(gòu)（頂板、底板、側(cè)墻、排風(fēng)井結(jié)構(gòu)）、連接通道基坑及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系（圍護(hù)樁、冠梁、鋼支撐），三維模型寬58 m、縱向長(zhǎng)度18 m、深24 m，共55 950個(gè)節(jié)點(diǎn)、51 408個(gè)單元。模型四周法向約束，底部固定約束，頂面自由。見圖1-圖3。

中晚熟品種在2月20日至3月10日生產(chǎn)菌段。早熟品種要在3月1～20日生產(chǎn)菌段。由于長(zhǎng)白山區(qū)冬季氣候比較寒冷，所以菌段要提前發(fā)酵，利于菌絲吃透木料和后熟，并有利于把生長(zhǎng)弱或感染雜菌的菌段挑出來，回鍋重新滅菌接種，降低壞菌段的數(shù)量，提高菌材利用率，為當(dāng)年增收打下良好基礎(chǔ)。

2.4 計(jì)算結(jié)果

本次研究主要針對(duì)連接通道基坑開挖對(duì)地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)的影響，為得到準(zhǔn)確的結(jié)果，需進(jìn)行以下工況的研究：

圖4 地層初始應(yīng)力狀態(tài)豎向地層應(yīng)力

圖5 地鐵風(fēng)亭施工后豎向地層應(yīng)力

圖6 地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)最大主應(yīng)力

1）考慮地層為原始應(yīng)力狀態(tài)，地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)未施工；

圖7 連接通道基坑開挖后土體位移

圖8 連接通道基坑開挖后地鐵風(fēng)亭位移

圖9 連接通道基坑開挖后最大主應(yīng)力

由圖7-圖9 可知，連接通道基坑開挖會(huì)引起周邊土體產(chǎn)生水平和豎向位移，最大水平位移為11.24 mm，最大豎向位移為3.73 mm，土體位移導(dǎo)致地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏向基坑方向的變形，最大水平變形0.9 mm，最大豎向變形0.8 mm，變形滿足控制要求。對(duì)比圖6 與圖9b，基坑開挖前后風(fēng)亭結(jié)構(gòu)最大主應(yīng)力值由230～967.4 kPa 變化至 225～963.6 kPa，最大變化幅度為2.2%，幅度較小，滿足風(fēng)亭結(jié)構(gòu)的受力要求，較為安全。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，連接通道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用圍護(hù)樁+內(nèi)支撐的形式，較好的控制住了土體變形，從而最大程度減少了對(duì)地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)的影響，保證了其結(jié)構(gòu)安全。

在村民家里，日常做飯、洗菜、刷碗等供日常飲食清潔的水都是經(jīng)凈水機(jī)過濾后的自來水。剛開始凈水機(jī)老板進(jìn)村宣傳在村里推廣的時(shí)候，村里只有幾戶人購(gòu)買安裝，經(jīng)過宣傳推廣和村民們自己的使用心得，發(fā)現(xiàn)對(duì)改善水質(zhì)有很大幫助，因此，凈水機(jī)得以在該村成功推廣，村民安裝了凈水機(jī)之后，一般飲用水都會(huì)經(jīng)過凈水機(jī)的過濾，這樣從山上流出的自來水，通過管道引到村民家中，再經(jīng)過凈水機(jī)的過濾，就可以放心飲用了。

3 結(jié)論

1）地鐵連接通道基坑開挖引起的本身基坑的位移及地表沉降處于變形控制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，基坑開挖引起的地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力變化值處于地鐵結(jié)構(gòu)容許變形范圍內(nèi)，基坑施工不會(huì)造成風(fēng)亭結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)度破壞，施工期間的安全基本可控。

2）基坑開挖采用鉆孔樁+內(nèi)支護(hù)的支護(hù)形式是合理可行的，可有效限制周邊土體位移，確保基坑及鄰近地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)的安全。