风亭扩建项目施工对地铁结构的影响研究分析

风亭扩建项目施工对地铁结构的影响研究分析

马鸿发

广州大学建筑设计研究院有限公司，广东广州，510630

【摘要】广州某地铁车站附属风亭结构需进行扩建迁改，扩建涉及的基坑开挖、结构施工等工程紧邻已运营多年的地铁车站结构，施工过程必将引起既有结构的变形和内力变化，有效预测和控制施工对临近地铁结构的影响显得尤为重要。基于此案例，本文采用有限元方法，对风亭扩建项目全阶段施工过程进行分析模拟，研究地铁结构的影响规律，为地铁运营安全保护提供借鉴。

【关键词】风亭扩建迁改；基坑开挖；紧接地铁施工；

0引言

目前随着城市建设进展，地铁线路换乘站、枢纽站逐渐增多，临近地铁口周边的建设项目愈加密集。地铁结构尤其是风亭、出入口等附属结构容易受到地铁周边建设项目或地铁车站自身改造的影响，需对其进行扩建迁改。扩建工程基坑开挖、结构施工等将对既有结构产生影响。基于此，本文以某风亭扩建工程为案例采用有限元分析方法，对风亭扩建工程进行模拟分析，定量计算施工对地铁结构的影响，获得初步结论，为扩建工程设计、施工、监测提供借鉴。

1工程概况

1.1 工程介绍

广州某地铁车站拟建扩建风亭紧邻原风亭结构西侧，风亭基坑周长约98.6m，开挖深度约7.4m。基坑南、西、北侧采用“单排∅850@600三轴搅拌桩/双排∅600@400高压旋喷桩内插H型钢的SMW工法桩+钢筋混凝土内支撑”的支护结构，原地铁侧壁边采用“重力式挡墙”支护结构。基坑底位于粉质粘土层。

地铁车站为地下一层，局部过轨通道为地下二层，车站采用箱型结构，基础底板外挑作为抗浮板。拟建扩建风亭项目与原有地铁结构关系见图1~2。

图1 拟建风亭项目于地铁结构平面关系图

图2 基坑支护与车站结构典型剖面关系图

1.2工程地质条件

本项目地表主要为建筑拆迁用地，地势高低不平，属珠江三角洲冲积平原地貌，该场地自上而下分别为第四系人工填土层、冲洪积层、残积层及石炭系石灰岩，场地未见地表水。场地岩土层分布情况见图3，力学参数见表1。

图3 场地岩土层分布剖面图

表1 场地主要岩土层理学参数建议值

2有限元数值模拟分析

本项目采用Midas GTS-NX软件进行数值模拟分析计算。根据项目场地勘察资料、扩建项目基坑和既有地铁结构的关系，以隧道结构外50m和基坑三倍开挖深度距离确定三维模型边界，模型大小为170 m×140 m×40 m；考虑岩土体半无限体的客观特性，模型底部约束Z方向位移，模型前后面约束Y方向位移，左右面约束X方向位移。有限元模型如图4。

图4 有限元分析模拟三维模型

根据施工流程考虑有限元模拟的施工关键工况如下：

工况一：施工基坑SMW工法桩、水泥土重力式挡墙、立柱桩、立柱；

工况二：开挖至基坑底；

工况三：施工新建风井结构；

工况四：新建风亭结构与原有车站侧墙连接处新增暗柱、新增结构梁施工，连接新旧结构；

工况五：凿除连接处既有结构侧墙；

工况六：原风井口封板处理，基坑回填、地面绿化处理。

经过软件模拟计算分析，临近地铁结构将受到拟建扩建项目施工的影响，发生位移和内力的变化，典型工况位移云图见图5。位移和内力计算结果汇总表见表2。

图5 工况二地铁车站结构的竖向方向位移变化等色图

表2地铁车站和隧道位移和受力变化计算汇总表

3监测数据对比

本扩建项目施工已顺利完成，基坑开挖和结构施工对地铁结构会造成一定的影响，由于本场地地质条件较大，基坑平面尺寸较小，其空间效应明显，施工阶段实测竖向位移为1.91mm，这与数值模拟结果较为接近。

4结论

基于本项目工程概况、有限元数值模拟分析，得到初步结论如下：

（1）风亭扩建迁改项目基坑开挖和结构施工对车站结构产生了一定的影响，但影响微小，满足《城市轨道交通结构安全保护技术规范规范》要求。

（2）基坑开挖过程中，车站结构和隧道结构受到一定程度的影响，总体呈上抬状态。车站结构向基坑方向的最大水平位移量为0.293mm；车站结构竖向位移最大处位于基坑底外挑底板处，外挑底板最大竖向位移（隆起）量为2.917mm，车站主体（不含外挑底板）最大竖向位移（隆起）量为2.100mm；隧道结构最大水平位移量为0.255mm，最大竖向位移（沉降）量为0.058mm。

（3）新建结构施工和既有车站侧墙加固、开洞施工及基坑回填过程中，车站结构和隧道结构受到微小影响。车站结构向基坑方向的最大水平位移量为0.619mm；车站结构位移最大处位于基坑底外挑底板处，外挑底板最大竖向位移（隆起）量为2.784mm，车站主体（不含外挑底板）最大竖向位移（隆起）量为2.017mm；隧道结构最大水平位移量为0.323mm，最大竖向位移（沉降）量为0.088mm。

（4）施工阶段本项目实测地铁结构竖向位移为1.91mm，这与数值模拟结果较为接近，验证了模型各参数的合理性以及该模拟方法对类似工程的适用性。

参考文献

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项阳.新建地铁连接通道施工对已运营地铁车站的变形监测分析【J】.安徽建筑,2022(03):152+188.

陈振飞.紧邻地铁基坑施工对地铁的影响分析及保护措施研究【J】.福建建设科技,2021(03):40-42+84.