







摘要:地鐵線路周邊的膨脹土深基坑工程的施工,對地鐵結構的安全性存在一定的影響。以某膨脹土深基坑工程為目標對象,使用FLAC3D有限元分析軟件數值模擬和實際監測相結合的方式,以膨脹土強度折減的計算方法,對地鐵結構逇變形影響進行計算。結果顯示:地鐵結構最大位移滿足要求,數值模擬與實測數據接近,說明膨脹土深基坑可通過膨脹土強度衰減方法進行計算。
關鍵詞:地鐵;膨脹土深基坑;數值模擬;軌道位移
0" "引言
地鐵結構設施有著嚴格的變形控制要求,如現有規范就要求,其絕對沉降量必須控制在20mm以下。城市建設的快速發展,使得臨近線路的深基坑施工無可避免,這對于地鐵結構的變形控制而言將是巨大的挑戰[1]。
當前,人們對于深基坑的開挖與地鐵變形的方式,已經通過有限元模擬以及現場監測的方式開展了較多研究。膨脹土作為基坑工程中有著較大危害的特殊土,在進行深基坑施工時,常常會引起周邊結構設施出現過大的變形以及坡腳軟化等問題,故人們膨脹土深基坑問題越來越重視。現階段,針對地鐵車站變形和膨脹土深基坑開挖之間聯系的研究仍然較少,而大量地鐵工程項目的興建將不可避免會涉及該方面內容,因此對其開展研究就顯得尤為重要。
1" "工程背景
1.1" "工程概況
本文以某膨脹土深基坑項目為研究對象,該項目建筑面積共計24520m2,屬典型膨脹土區域。該基坑工程開挖至23m深,距離地鐵最近的距離僅為2m,與通風口則有19.59m的距離,與地鐵隧道有33m距離。兩者的關系圖1所示。與周邊地鐵較近的基坑有120m的長度,基坑所使用的支護體系為排樁+三層內支撐,具體狀況圖2所示。
1.2" "工程地質條件
該項目處于由砂卵石層以及黏性土層組合而成的I、II級堆積階地,所開挖基坑位于III級階地上。其中在0~12m的基坑范圍內分布有弱中等膨脹性的黏土,經過試驗測試可知,其天然含水率約為20%,膨脹力為57.6%kPa,膨脹率以及自由膨脹率分別為32.3%、50%。該種黏土除了脹縮特性之外,還具有導水裂縫,縫隙中存在蒙脫石條帶,容易出現吸水膨脹、強度弱化等現象,導致基坑施工時出現較大變形。
1.3" "現場測試
既有地鐵在開挖膨脹土基坑時的變形控制測試如圖3所示。基于地鐵與基坑的具體分布情況,本文共選取三個監測斷面,分別為地鐵A1出口的A-A斷面,A2出口的Q-Q斷面以及通風口的P-P斷面。
為對樁身位移進行監測,本文在基坑鄰近地鐵側的樁基安設了測斜管。為對基坑施工時的地表沉降進行研究,本文在地鐵隧道的地表位置布設了觀測點。為對基坑開挖時的軌道變形進行研究,本文在地鐵軌道中布設了變形觀測點。
2" "基坑開挖對地鐵設施影響數值分析
2.1" "模型建立
通過FLAC3D有限元分析軟件,對地鐵設施受膨脹土深基坑施工影響的程度進行仿真模擬[2]。選用與地鐵某側較為接近的基坑進行研究,建立如圖4所示的三維模型。模型長度為224m,寬度為184m,高度為50m。
模型經過簡化之后為黏土層、強風化和中風化泥巖層。模型中主要使用鉆孔灌注樁以及內支撐作為支護結構,為使模型得到簡化,以整體看待地鐵隧道,建立起方形的洞室[3]。隧道寬度為16.30mm,高度為15m,隧道拱頂距離地表1.9m,與基坑距離最近點距離為33m,以結構單元模擬擋墻。
2.2" "巖土體參數
當前并沒有針對膨脹土深基坑邊坡支護所設計的規范,因此在一般條件下,多使用強度折減的經驗方法對膨脹土地區基坑支護進行設計。使用強度折減的經驗方法,對巖土工程特性指標進行計算,以三層劃分土層,其材料參數如表1所示。
2.3 計算工況
該項目中開挖深度為23m,屬于超深工程,基坑支護方式為排樁+三層內支撐。施工步驟如下:進行隧道開挖,直至與第一道混凝土支撐距離0.6m后,澆筑壓頂梁以及混凝土支撐;在混凝土強度滿足要求后繼續進行開挖施工,直至與第三道支撐保持15.3m的位置,隨即進行支撐和圍檁的澆筑;最后再開挖到與基坑底部保持23m的位置。
3" "數值計算與現場測試對比分析
3.1" "樁身位移
樁身位移最大值對比如表2所示。由表2可知,兩種方式得到的結果基本相同。其中,樁身位移極值與開挖深度保持正比例關系。A-A斷面和P-P斷面因所處位置較為特殊,位于基坑轉角處。該處內支撐較多且撓度小,故開挖第三層后,兩個斷面的位移最大值僅為20~25mm,均比Q-Q斷面的39mm最大位移值要小。
3.2" "地表位移
基坑地表位移如表3所示。由表3可知,各個位移監測點的數值模擬結果和現場監測值方向一致且較為接近。整體看待地鐵基坑及坑外土體,因地鐵設施結構強度較高,導致坑外土體變形性能有所增加。基坑邊坡僅距離地鐵出口為2m,沉降最小值出現在7~9號監測點,在0.5~2.40mm范圍內。P-P斷面距離基坑邊坡較近,且占地面積最小,故監測點19~22號沉降值最大,約為1.20~8.30mm。
3.3" "軌道位移
地鐵軌道位移如鏢所示。由表4可知,在開挖完第三層之后,軌道位移的數值模擬結果和現場監測數據方向相同且數值接近。軌道沉降變形與基坑開挖深度呈正比例關系。地鐵軌道在開挖完第三層之后,沉降位移最大值達到1.40mm,比20mm的控制標準要小。可見對于地鐵結構而言,開挖基坑變形所造成的影響較小,基坑支護結構能有效控制地鐵軌道變形。
4" "結語
膨脹土作為基坑工程中有著較大危害的特殊土,在進行深基坑施工時,常常會引起周邊結構設施出現過大的變形以及坡腳軟化等問題,故人們膨脹土深基坑問題越來越重視。本文以某膨脹土深基坑工程為目標對象,使用FLAC3D有限元分析軟件數值模擬和實際監測相結合的方式,以膨脹土強度折減的計算方法,對地鐵結構逇變形影響進行計算,得到以下結論:
數值模擬結果與現場監測數值較為接近,表明數值模擬過程所使用的巖土體參數與工程實際相符,在膨脹土基坑工程中可使用膨脹土強度折減法進行計算。在一定程度上,高強度地鐵結構可提升坑外土體的變形性能。隧道沉降變形與基坑開挖深度呈正比例關系,基坑支護能有效控制地鐵軌道變形。
參考文獻
[1] 付鴻飛.膨脹土地層中地下連續墻施工控制技術研究[J].建筑安全,2021,36(2):41-45.
[2] 游建學. 膨脹性地層超大規模深基坑穩定性研究[D].石家莊:石家莊鐵道大學,2020.
[3] 安芳慧.膨脹土深基坑地連墻施工關鍵技術研究[J].鐵道建筑技術,2019(6):102-106+138.