基坑共用臨近地鐵車站既有地連墻的數值模擬

李 康

(1.華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510641； 2.亞熱帶建筑科學國家重點實驗室，廣東 廣州 510641)

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基坑共用臨近地鐵車站既有地連墻的數值模擬

李 康1，2

(1.華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510641； 2.亞熱帶建筑科學國家重點實驗室，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挖過程，討論了降水情況下基坑支護結構是否共用地鐵車站原有地連墻對車站的影響，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計提供了借鑒。

深大基坑，地鐵車站，數值模擬，地下連續墻

隨著我國各大城市中心城區地下空間的開發，緊鄰地鐵區間隧道的深大基坑施工對鄰近地鐵區間隧道的影響也越來越受到關注[1-3]。在研究此類相互影響問題時，國內學者主要關注基坑的施工步驟及地鐵區間隧道的加固措施兩個方面[4-6]，而對利用既有地鐵車站圍護結構的可行性及經濟性則鮮有研究。本文以深圳某臨近地鐵車站超深大基坑工程為例，綜合前述研究的基礎上，通過數值模擬分析討論了基坑降水條件下，是否共用既有地鐵車站地連墻對地鐵車站的影響，并總結了相關工程經驗，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

擬建項目位于深圳市福田區，蘭光路西側，振華路北側，臨近地鐵2號線燕南站。計劃興建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，支護結構周長約315.3 m，占地面積約5 996.8 m2，設計地坪高程10.50 m，基坑深度為16.9 m，屬于深大基坑，重要性等級為一級。設計有兩種方案：方案一：基坑南側圍護結構利用地鐵2號線燕南站原臨時圍護結構的地下連續墻。方案二：基坑南側支護結構不利用地鐵2號線燕南站原臨時圍護結構的地下連續墻(見表1)。

表1 本項目施工方案

兩種方案基坑開挖深度約16.9 m，開挖施工必然引起場地土層應力場的顯著變化，引起土層變形，進而可能對周邊的建(構)筑物產生一定的影響，基坑周邊環境如圖1所示。

2 三維模型的建立

2.1 土層參數

根據不同鉆孔的地質信息，本次分析的土層參數及本構關系如表2所示，并初定彈性模量E=(3～5)Es。

表2 土層參數及本構關系

2.2 分析工況

以方案一為例，基坑逐步開挖至坑底，其工況設置如下：1)初始地應力場計算；2)施工地鐵車站；3)基坑咬合樁施工；4)整體開挖至第一道支撐標高處，并施作冠梁及第一道支撐；5)開挖北側區段第二道支撐底，并施工基坑南側區段(靠近車站)第一道腰梁及第二道支撐；6)開挖至南側區段第三道支撐底，并施工北側區段(遠離車站)第一道腰梁及第二道支撐；7)開挖至北側區段第三道支撐底，并施工南側區段第二道腰梁及第三道支撐；8)開挖至南側區段第四道支撐底，并施工北側區段第二道腰梁及第三道支撐；9)開挖至坑底，并施工南側區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，基坑支護結構及地鐵車站細部結構如圖3所示，方案一方案二基坑支護模型分別如圖4，圖5所示。整體模型共有200 807個單元，96 355個節點。

3 結果對比分析

3.1 地鐵車站結構變形分析

如表3所示為方案一與方案二基坑支護結構與地鐵車站結構所出現的最大位移，可以得出基坑支護結構共用地鐵車站原有地下連續墻，僅對基坑支護結構位移產生一定影響(仍處于安全范圍)，而對地鐵車站結構的位移影響甚小(位移云圖見圖6～圖9)。

3.2 降水引起車站結構位移分析

對于上述兩個方案，基坑降水對地鐵車站的位移均有顯著影響。對于方案一，基坑降水2 m后地鐵2號線燕南站的最大位移發生在南北(Y)方向。且通過分析，位移隨降水水位增大而增長，基坑降水對車站結構變形產生了顯著的影響，其中燕南站緊鄰基坑南側(共用地連墻區域)：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 基坑支護結構及地鐵車站最大位移 mm

4 結論及建議

本次分析借助有限元軟件Midas/GTS建立了深圳某臨近地鐵車站深大基坑的兩種不同設計方案三維計算模型，分析模擬了基坑開挖的全過程，探討了基坑設計能否共用原有地鐵車站地下連續墻結構的可行性，主要得到如下結論：

1)本項目基坑支護結構設計采用既有地鐵車站地下連續墻結構對地鐵車站結構的位移影響極小，對基坑支護結構本身的位移有一定的影響，但仍屬于安全范圍之內。因此臨近地鐵車站深大基坑的支護結構設計過程中，充分利用既有地鐵圍護結構(如地下連續墻)在技術上是安全可行的。

2)基坑降水對地鐵車站結構變形產生了顯著的影響，比如此例，降水2 m時，燕南站C出入口豎向沉降6.99 mm，會影響車站結構的安全性。故需做好防滲防漏措施，并選取合理的基坑降水報警值。

3)根據基坑自身受力變形與既有地鐵結構受力變形情況對基坑支護結構進行優化，通過優化支護結構和施工工況以達到改變既有地鐵結構受力變形大小，保護既有結構的目的。

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

[2] 高廣運，高 盟，楊成斌，等.基坑施工對運營地鐵隧道的變形影響及控制研究[J].巖土工程學報,2010(3):453-459.

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

[4] 胡海英，張玉成，楊光華，等.基坑開挖對既有地鐵隧道影響的實測及數值分析[J].巖土工程學報,2014(S2):431-439.

[5] 張治國，張謝東，王衛東.臨近基坑施工對地鐵隧道影響的數值模擬分析[J].武漢理工大學學報,2007(11):93-97.

[6] 王衛東，吳江斌，翁其平.基坑開挖卸載對地鐵區間隧道影響的數值模擬[J].巖土力學，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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