鄰近基坑開挖對既有地鐵車站影響分析

劉中欣，王東欣，張慶軍,謝良甫，邱烈望

（1.中鐵十五局集團城市軌道交通工程有限公司，廣州 510400；2.新疆大學建筑工程學院，烏魯木齊 830046）

1 引言

隨著城市軌道交通的高速發展，地鐵成為穿越城市的主要交通工具。而地鐵沿線的城市建設發展，威脅到地鐵結構的正常使用。因此，分析城市建設對既有地鐵結構的影響將成為重要的研究方向。任亞亮[1]對鄰近深基坑開挖存在的交叉工況問題，采用數值模擬的方法，得出受影響車站基坑圍立柱樁差異變。徐騰飛[2]采用數值模擬分析，對各近接工程控制因素所帶來的風險進行量化，分別對各因素所產生的風險進行評估。賈夫子等[3]對基坑開挖期間鄰近地鐵車站和隧道變形進行分析，總結了基坑開挖期間鄰近地鐵車站、隧道變形的發展規律，以量化的形式定義表征隧道不均勻變形程度的不均勻變形參數。曾遠等[4]通過數值模擬分析，研究得出基坑開挖時新舊兩車站間距、源頭變形、土體彈性模量對運營車站變形的影響，得出車站結構變形估算公式。胡恒等[5]采用FLAC模擬基坑開挖過程中造成的地應力釋放、地鐵結構的埋深大于或小于鄰近開挖深度兩種情況下以及相應的不同嵌固深度下，分析基坑開挖造成的地鐵位移及應力場，得出地鐵結構與基坑開挖深度之間的關系。陳濤等[6]采用PLAXIS 3D模擬鄰近地鐵結構基坑施工過程，計算分析了基坑開挖對既有地鐵結構和隧道管片的位移影響。張培森[7]采用數值分析方法對深基坑開挖工程中是否施加支撐預應力對既有地鐵變形進行分析，得出地表下沉與開挖深度之間的關系，以及有無支撐預應力情況下，下沉位移與開挖深度之間的關系。陳飛飛、邢崴崴[8,9]采用有限元軟件，分析了基坑開挖對既有地鐵結構豎向位移、水平位移以及結構內力的影響。楊曉磊[10]分別從理論分析和數值模擬兩方面對基坑開挖中卸荷作用引起的地鐵結構整體上浮、最不利位置、車站結構側移趨勢、車站主體結構變形量趨勢等方面進行了分析總結。

本文采用FLAC 3D有限元軟件模擬對基坑采用不同放坡開挖支護對既有車站的位移及穩定性的影響進行分析。

2 工程概況

擬建項目位于烏魯木齊市地鐵4號線北廣場以西。基坑深度為12.2～27.1m，基坑安全等級為一級。場地土層分布自上而下分別為雜填土、圓礫、強風化泥巖和中風化泥巖，土層物理力學參數如表1所示。

表1 土層物理力學參數

3 模型建立

本文采用有限元軟件FLAC 3D進行建模分析，一級放坡開挖方式模型尺寸在X方向取值為63 m，Y方向取值為20 m，在Z方向取值為34.8 m。二級放坡開挖方式模型尺寸在X方向取值為50.2 m，Y方向取值為148 m，Z方向取值為34.8 m。監測點沿地鐵車站主體結構左右兩側墻體布置。監測點布置如圖1、圖2所示。

圖1 一級放坡開挖監測點布置

圖2 二級放坡開挖監測點布置

4 模擬結果分析

4.1 位移分析

基坑采用一級放坡支護開挖段位移結果分析：

由圖3、圖4可知，在基坑開挖完成后，在Y坐標為8 m處豎向位移變化值最小，Z坐標為7 m時不同監測點豎向位移具有最大值，在近地表豎向位移值較小。水平位移在不同監測點位移變化值較小，而在近地表范圍不同監測點水平位移較大。

圖3 靠近基坑側車站不同監測點豎向位移

圖4 靠近基坑側車站不同監測點水平位移

基坑采用二級放坡支護段位移結果分析：

由圖5可知，Y坐標在28～42 m以及112～126 m范圍內不同監測點豎向位移具有較大變化，且在基坑邊坡的中部區域、車站底部區域位移變化較小。由圖6可知，Z坐標在7.9～17.9 m的范圍內不同監測點水平位移變化較為顯著，且在近地表15.9～17.9 m范圍內位移值變化較大，集中在基坑放坡開挖面的中部區域，變化值較大時則會對地鐵車站主體結構產生影響。

圖5 距基坑較近側不同監測點豎向位移

圖6 距基坑較近側不同監測點水平位移

5 結論

本文采用有限元軟件FLAC 3D建立模型，分析基坑采用不同開挖方式時地鐵結構的影響，主要得出以下結論：

1）基坑采用一級放坡開挖時，基坑側豎向位移在基坑開挖面中部區域變化較小，位移變化主要集中在端部區域。而在地鐵車站結構底部水平位移呈增加趨勢，易使結構底部產生破壞。

2）基坑采用二級放坡開挖時，在基坑開挖面的中部區域不同監測點豎向位移和水平位移值變化較大，主要集中在地鐵結構中上部區域，基坑開挖過程中應監測車站中部區域位移變化。