某項目基坑開挖對地鐵影響的分析

何珊珊 葉坤

（1 廣東新成工程檢測技術(shù)服務(wù)有限公司；2 深圳市地質(zhì)環(huán)境研究院有限公司）

0 引言

由于地鐵的便利性，地鐵周邊后續(xù)的建設(shè)不可避免。深圳市前海某項目（基坑）臨近地鐵5 號線南延段，為避免基坑工程開挖影響已建地鐵的正常使用，需要嚴(yán)格控制基坑變形[1]。本項目采用有限元軟件MIDAS/GTS NX對基坑開挖進行了詳細(xì)的分析[2]。

1 工程概況

深圳市前海某項目基坑開挖深度為10.9～13.4m，開挖周長約為274m，開挖面積為4307m2，基坑開挖邊線距離地鐵邊線最近距離為17.4m。

地鐵盾構(gòu)隧道覆土約6.5～20m，車站頂板覆土約3.3m，車站底板埋深約26.8～27.9m。

場地原始地貌為濱海灘涂或淺海，后經(jīng)人工堆填填石、平整為建設(shè)用地。場地及其周邊都有回填，堆填年限約8 年。根據(jù)鉆孔鉆探資料，回填厚度約6.1～10.5m，現(xiàn)狀場地平坦，從上往下地層見表1。

表1 各地層巖土工程參數(shù)選取

基坑支護設(shè)計[3]主要情況：本項目無放坡條件，支護難度大，對沉降與變形要求高，基坑支護形式采用旋挖灌注樁+二層內(nèi)支撐支護。其中基坑西側(cè)、南側(cè)豎向支護為Φ1000@1200密排旋挖樁，樁間設(shè)Φ650@1200單管旋噴樁止水；東側(cè)、北側(cè)豎向支護為Φ1200@1400 密排旋挖樁，樁間設(shè)兩排Φ650@1200 單管旋噴樁止水。內(nèi)支撐主梁截面積為800（寬）mm×1000（高）mm。基坑?xùn)|側(cè)安全等級為一級，南側(cè)、西側(cè)、北側(cè)安全等級二級。

2 基坑計算與分析

2.1 MIDAS/GTS NX建模分析

2.1.1三維有限元模型[4]建立

根據(jù)本項目場地勘察報告、基坑支護工程設(shè)計圖紙、地鐵車站及區(qū)間隧道相關(guān)圖紙資料，對項目場地內(nèi)的土體、支護樁、立柱、內(nèi)支撐、冠梁、現(xiàn)有建筑物等采用不同的單元模擬，并賦予不同的材料參數(shù)。利用施工階段分析方法和激活/鈍化有限元網(wǎng)格組技術(shù)，分步激活與鈍化各個施工階段的相應(yīng)單元，動態(tài)模擬工程實際施工過程。

有限元模擬基坑開挖時，對場地內(nèi)的土體采用3D實體單元模擬；地鐵車站主體和附屬結(jié)構(gòu)采用2D 板單元模擬；基坑支護樁、車站樁基礎(chǔ)、立柱、冠/腰梁、內(nèi)支撐采用1D 梁單元模擬；三維單元共234454 個、節(jié)點96135 個。由于基坑開挖時間較長，地下水位變化以及滲流導(dǎo)致的土體變形應(yīng)加入到分析中，因此分析過程考慮滲流對地鐵的影響，圖1 為本項目基坑與地鐵車站及區(qū)間隧道三維有限元模型圖。

圖1 基坑支護結(jié)構(gòu)、地鐵車站、區(qū)間隧道模型

2.1.2基坑開挖順序及數(shù)值模擬工況介紹

本項目基坑開挖采用明挖法，項目施工工序見表2。

表2 計算工序

表3 地鐵車站主體結(jié)構(gòu)變形最大值計算結(jié)果匯總

表4 區(qū)間隧道變形最大值計算結(jié)果匯總表

2.1.3有限元計算結(jié)果分析

為客觀分析基坑開挖施工對鄰近地鐵車站主體和區(qū)間隧道變形程度的影響，校核車站主體及區(qū)間隧道的變形量是否滿足相關(guān)控制指標(biāo)，特對基坑開挖各工況下對地鐵車站及區(qū)間隧道的位移場進行分析研究。

從地鐵車站主體結(jié)構(gòu)水平位移云圖（圖2～圖4）可以看出，最終工況最大水平位移（約2.166mm）發(fā)生在車站南側(cè)。區(qū)間隧道水平位移云圖（圖5～圖7）可以看出，最終工況最大水平位移（約5.318mm）發(fā)生在左線隧道中部。

圖2 地鐵車站主體結(jié)構(gòu)X方向（向北為正）水平位移云圖

圖3 地鐵車站主體結(jié)構(gòu)Y方向（向東為正）水平位移云圖

圖4 地鐵車站主體結(jié)構(gòu)Z方向（向上為正）水平位移云圖

圖5 區(qū)間隧道X方向（向東為正）水平位移云圖

圖6 區(qū)間隧道Y方向（向北為正）水平位移云圖

圖7 區(qū)間隧道Z方向（向上為正）水平位移云圖

2.1.4位移監(jiān)測結(jié)果

在后期施工過程中，對支護樁樁頂水平位移、支護樁樁頂豎向位移、深層水平位移、立柱沉降、支撐軸力、周邊管線沉降、地鐵地面頂部沉降、地下水位等進行監(jiān)測，其中地鐵地面頂部沉降數(shù)據(jù)見表5。

表5 地鐵頂部地面沉降監(jiān)測結(jié)果表

3 結(jié)語

⑴對于復(fù)雜的基坑開挖，采用三維有限元建模與實際工程更為符合，更能真實的反映基坑及周邊建筑物變形情況。

⑵通過有限元軟件MIDAS/GTS NX 模擬分析，本項目基坑開挖施工對地鐵5 號線南延線車站與區(qū)間隧道的變形將產(chǎn)生一定的影響，但影響較小，總體在控制范圍內(nèi)。

⑶區(qū)間隧道有限元計算結(jié)果最大值5.318mm，地鐵頂部地面變形監(jiān)測結(jié)果最大值3.36mm，均在控制范圍10mm以內(nèi)且較為接近。即有限元軟件MIDAS/GTS NX 三維實體分析可為本地區(qū)同類工程設(shè)計提供參考。