某近距離小尺寸基坑開挖與樁基施工對地鐵車站結構的影響研究分析

張瑋鵬

（廣州大學建筑設計研究院）

0 引言

某落客平臺擬跨越廣州地鐵九號線地鐵車站建設施工，存在多個承臺臨近甚至緊貼地鐵車站結構，考慮到落客平臺的承臺尺寸較大、樁基數量多，故針對承臺基坑開挖及樁基施工對地鐵車站結構的影響采用Midas-GTS NX 軟件進行三維有限元分析，以模擬分析計算結果指導施工，得到一些初步結論，為后續軌道交通建設和保護提供參考。

2 工程概況

某落客平臺10 號軸中墩、14 號軸中墩承臺、樁基礎位于地鐵車站及其附屬結構50m 范圍以內，平面位置關系圖詳見圖1。其中，落客平臺西側10 號軸承臺基坑深約8.3m，樁基礎直徑1.8m，樁長15m；14 號軸中墩承臺基坑深3.5m，樁直徑1.8m，樁長18m。所有承臺臨近地鐵結構側均采用地鐵車站已建地連墻支護，其余側采用φ800@900mm 鉆孔灌注樁+φ600mm 的鋼管樁支撐（壁厚16mm）支護，樁間采用φ600mm 雙管旋噴樁止水。基坑支護平面圖、剖面圖見圖2～圖5。

圖1 落客平臺基礎與地鐵結構位置示意圖

圖3 10 號軸中墩基礎剖面示意圖

圖4 14 號軸中墩基礎平面示意圖

圖5 14 號軸中墩基礎剖面示意圖

3 三維有限元模型建立

根據項目承臺基坑與樁基礎的平、剖面圖及其與地鐵車站及其附屬結構關系，最終確定模擬分析模型的尺寸（長×寬×高）為320m×200m×50m。對模型底部約束Z 方向位移，模型前后面約束Y 方向位移，左右面約束X方向位移[1-2]。基于以上邊界條件，建立有限元分析模型如圖6 所示。

本次模擬計算分析選取偏不利鉆孔進行分析，地層自上而下為：素填土（3.0）、中砂（6.5m）、粘性土（4.5m）、強風化灰巖（3m）、微風化灰巖。地鐵車站底埋深17m，底部位于微風化巖；盾構隧道底埋深16m，底部位于強風化巖；附屬結構底多位于粘土層中。巖土地層及結構參數見表1。

4 模擬分析結果

圖6 承臺基坑、樁基礎與地鐵車站結構的三維有限元分析整體模型

圖7 承臺基坑、樁基礎與地鐵車站結構的有限元三維等軸側視圖

表1 巖土地層物理力學參數

根據承臺基坑及樁基礎設計圖紙，結合承臺基坑及樁基礎與地鐵車站結構的關系，本模型施工工況如表2所示。

基于上述模型和施工工況，基坑拆撐時（工況四）廣州九號線地鐵結構位移如圖8～圖10 所示，分析計算結果匯總見表3。

5 結論

基于以上工程概況、三維模型分析計算結果，得到結論如下：

圖8 基坑拆撐時（工況四）地鐵車站結構的水平方向(TX)位移變化等色圖

圖9 基坑拆撐時（工況四）地鐵車站結構的水平方向(TY)位移變化等色圖

圖10 基坑拆撐時（工況四）地鐵車站結構的豎直方向(TZ)位移變化等色圖

⑴樁基礎施工將導致車站主體結構發生遠離樁基方向的位移、豎直方向沉降，地鐵結構最大水平位移量為1.91mm，最大豎直沉降量為0.73mm；隨著基坑開挖到底，支護樁發生變形、基坑底隆起，地鐵結構發生向基坑方向的位移，地鐵結構最大水平位移量為3.26mm，最大豎直沉降量為1.82mm。

⑵當基坑開挖到底、坑外水位下降2m 和下降4m時，車站結構附近的有效土壓力增大，土體重新產生固結和壓縮沉降，造成地表及地鐵結構發生一定量的沉降。當基坑開挖至坑底且坑外地下水位下降2m 時，車站結構沉降量較地下水不變化情況有所變大，最大沉降量為2.26mm；坑外地下水位下降4m 時，車站結構最大沉降量為4.11mm。

表2 施工工況

表3 位移匯總

表4 內力匯總

⑶綜上可知，雖然落客平臺承臺基坑、樁基礎緊貼地鐵結構施工，但因基坑尺寸較小、空間效應約束強，且地鐵車站主體結構為單層單跨矩形框架結構，整體剛度較大，因此樁基礎施工、基坑開挖未對車站結構造成明顯位移（最大總位移3.65mm），地鐵車站結構是安全的。