超深基坑对临近地铁主体结构的变形分析

超深基坑对临近地铁主体结构的变形分析

侯云亮

武汉地铁集团有限公司;湖北武汉;430000

【摘要】为确保未来轨道交通地铁站建设施工及使用过程中的安全，利用有限元分析，研究临近先期深基坑对未来轨道交通地铁站结构的影响，以期为类似工程提供一定的借鉴意义。本文结合武汉地区的一个已施工深基坑对紧邻地铁主体结构施工的影响进行了分析。研究结果表明在现有的设计方案下，已施工超深基坑不会对地铁站主体结构施工安全造成影响。

【关键词】超深基坑；地铁隧道；有限元分析；变形预测

1工程概况

武汉某工程由1栋30层写字楼（高度130米）、1栋23层酒店（高度100米）及其配套4层商业、4层地下室等组成。基坑呈正方形，周长471m，开挖面积14327m2，基坑普挖深度19.30~20.30m。基坑支护采用“钻孔灌注桩排桩支护+四道钢筋混凝土内支撑”，支护外侧设置TRD等厚度水泥土搅拌墙作为止水隔渗帷幕。

该工程的规划设计方案中部分地下室结构进入规划轨道交通二期工程车站控制线以及隧道影响线范围。其建设可能对近期规划过程中的区间隧道造成一定的影响。

地铁车站为地下两层岛式车站，站台宽12m，车站全长292m，总建筑面积15929.6平米。开挖深度按照17.50m考虑，采用“钻孔灌注桩+四道内支撑”的支护方式，附属结构开挖深度按照10.00m考虑，采用“钻孔灌注桩+二道内支撑”的支护方式

图1地铁站结构与深基坑横断面示意图

2工程地质水文情况

该项目位于武汉市位于长江Ⅲ级阶地古河道河漫滩地段岩土层自上而下岩土参数根据详勘报告如表1所示。

表1岩土设计参数一览表

本场区地下水主要分为三种，一是赋存于杂填土中的上层滞水；二是古河道中含粉细砂、卵砾石土层中的承压水；三是下部基岩中基岩裂隙水和岩溶水。

上层滞水稳定水位埋深一般为0.80~2.30m（绝对标高21.71~24.32m）；孔隙承压水稳定水位埋深为4.0m（绝对标高19.93m）m。

古河道中含粉细砂、卵砾石土层中的承压水及基岩中基岩裂隙水和岩溶水均具有承压性，互为补给关系，且均与长江存在一定水力联系，水量相对较丰富。

3数值模拟分析

本项目采用岩土隧道结构专用有限元分析软件MIDAS/GTS进行模拟。根据最不利工况原则，深基坑及地铁主体结构的平面位置关系，现对地铁站主体基坑选取典型较不利剖面进行二维计算。

本次二维数值计算分析模型中，土体采用平面应变单元模拟，本构模型为弹塑性模型，屈服准则采用修正M-C准则；基坑支护桩、隧道衬砌结构采用板单元模拟，本构模型为弹性模型，按照工程设计方案中构件实际截面特性确定。模型左右边界固定水平位移，底部边界固定竖向位移，上部边界为地表自由面；自重荷载取重力加速度。

图3.1典型计算剖面

根据本项目施工的特点，在分析基坑开挖、车站主体结构施工，经过适当的优化，确定对本项目采用15个施工步骤来进行模拟（即15个施工工况），其中第1～9个施工步骤模拟施工的初始状态，第9~15个施工步骤模拟基坑拆撑。基坑施工对区间隧道影响最大阶段为未施工底板之前，具体工况如下表3所示。

表2计算分析步骤

车站主体结构开挖至坑底，未施工底板之前

为最不利工况，该工况下的各项计算结果

如下所示：

图3.2车站主体开挖到底时水平位移云图

（未施工底板）

图3.3车站主体开挖到底时竖向位移云图

（未施工底板）

图3.4车站附属结构开挖到底时水平位移云图（未施工底板）

图3.5车站附属结构开挖到底时竖向位移云图（未施工底板）

图3.6车站附属结构开挖到底时已建地下室结构水平位移图

图3.7车站附属结构开挖到底时已建地下室结构竖向位移图

通过模型模拟计算分析，具体结论如下：

地铁车站主体结构施工完毕附属结构开挖时，附属结构基坑支护位移也相对较小，一般在8mm左右，但此时基坑临近车站一侧地下室边跨水平及竖向位移加大至3mm左右，局部竖向位移最大接近5mm。

4结论与建议

（1）地铁主体结构深基坑施工对已建临近建筑物地下室会造成水平位移和竖向下沉，但位移较小。因此，认为地铁站主体结构深基坑施工不危及紧邻地下室的结构安全和正常施工。

（2）可以作为类似深基坑的设计、施工及地铁的安全评估及正常使用依据。

（3）局部车站附属结构距离已建成地下室较近地段，由于附属结构基坑开挖导致已建成地下室临边结构位移加大。考虑到其结构安全性，临近车站附属结构一侧地下室临边三跨范围内的梁、板、柱应增大构件截面，增加结构刚度。

（4）临近地铁站一侧基坑围护结构应增加的刚度，确保后期车站附属结构开挖时具有较强的变形协调能力。同时拆撑时应考虑设置钢筋混凝土板带换撑以获得较大的换撑刚度，并确保肥槽按照结构单位设计要求回填。

参考文献

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