有限元模擬樁錨支護(hù)對(duì)鄰近地鐵的影響

應(yīng)本林 易領(lǐng)兵 秦玥

摘要：以鄭州某近鄰地鐵線路的深基坑工程為背景，采用Midas/GTS有限元軟件模擬深基坑開挖過程中深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及其周邊土體和地鐵結(jié)構(gòu)的變性規(guī)律，分析了深基坑及地下結(jié)構(gòu)施工對(duì)鄰近地鐵的影響，并與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，論證了樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)用可行性。

關(guān)鍵詞：深基坑；樁錨支護(hù)；地鐵施工；數(shù)值模擬

1工程概況

該工程位于鄭州市金水區(qū)，所研究的深基坑開挖施工臨近地鐵線路。新田花園廣場(chǎng)項(xiàng)目基坑位于鄭州地鐵2號(hào)線鄭州廣播臺(tái)站～新龍路站區(qū)間線路右線西側(cè)，基坑紅線距離地鐵2號(hào)線區(qū)間最近距離為35m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)距右線中心線平面距離約33～50m。基坑開挖深度約21m，上部6m采用放坡開挖，錨桿支護(hù)，下部采用鉆孔灌注樁與24-29m錨索支護(hù)，采用旋噴樁作為止水帷幕。

結(jié)合基坑周邊工程地質(zhì)條件、基坑開挖深度和臨近地鐵線路施工等影響因素，所研究的深基坑采用上部噴錨支護(hù)，下部樁錨支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式，安全等級(jí)為一級(jí)，其中灌注樁樁徑1200mm，樁長(zhǎng)29m，間距1.5m。地鐵隧道直徑為6m，分東、西兩條線路，其中隧道東線距離擬開挖深基坑最近處只有不到35m。

2工程地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地貌屬黃河泛濫沖積平原，整體起伏較小，地勢(shì)較平坦，最大落差為2.0米。本段地層土為第四系沉積物主要以粉土、粉質(zhì)粘土為主。

3數(shù)值模擬分析

3.1有限元模型建立

考慮深基坑與鄰近地鐵隧道的平面和剖面位置關(guān)系，全面分析基坑周邊工程地質(zhì)條件及深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及各階段施工工況，采用Midas/GTS有限元軟件建立三維模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工模擬[1-3]。

計(jì)算模型周圍土體和既有結(jié)構(gòu)采用實(shí)體單元，采用板單元模擬襯砌、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及地下四層結(jié)構(gòu)。不同的土層和結(jié)構(gòu)采用不同的材料屬性常數(shù)，模擬邊界條件的選取時(shí)除了頂面取為自由邊界，其他面均采取法向約束。

3.2有限元施工過程模擬

整個(gè)數(shù)值模擬過程按照如下工況步驟進(jìn)行（各工況高程參考點(diǎn)為地面，即地面高程為±0）[8]：

模擬工序十四完成后鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)主體的變形圖、彎矩圖如圖1～3所示。

圖1基坑開挖及地下四層結(jié)構(gòu)施工完畢2號(hào)線結(jié)構(gòu)彎矩云圖

由圖1可知基坑開挖及地下四層結(jié)構(gòu)施工完畢后，既有隧道管片最大彎矩為163.4 kN·m，彎矩增幅為5.8%，內(nèi)力增幅很小，且小于設(shè)計(jì)值。

圖2 地下室一層結(jié)構(gòu)施工完成時(shí)區(qū)間隧道側(cè)向變形分量云圖

由圖2可知既有隧道管片側(cè)向偏移量為1.01mm，在限值范圍以內(nèi)。

既有隧道管片豎向沉降為0.51mm，在限值范圍之內(nèi)。

3.3結(jié)果分析

（1）依據(jù)上述模型的計(jì)算結(jié)果，新建基坑及四層地下結(jié)構(gòu)施工完成后，既有2號(hào)線地鐵結(jié)構(gòu)變形主要以側(cè)向變形為主，豎向變形值很小。

（2）基坑開挖及地下四層結(jié)構(gòu)施工完畢后，隧道管片側(cè)向偏移量為1.01mm，豎向沉降0.51mm，所以，在正常施工的情況下，基坑開挖及地下四層結(jié)構(gòu)施工不會(huì)對(duì)東側(cè)臨近的2號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)的安全和正常使用產(chǎn)生不良影響。

4結(jié)語

深基坑周邊土體的水平位移和豎向位移以及周邊地表的沉降，引起鄰近地鐵隧道的變形和附加彎矩的產(chǎn)生，這種影響是隨基坑開挖的深度逐步增大的，但都在允許范圍之內(nèi)。采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)有效的降低了這種影響，使臨近地鐵隧道的主體結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李芬祥.深基坑樁錨支護(hù)的數(shù)值模擬分析[D].安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013，5

[2] 王路.基坑開挖對(duì)鄰近既有隧道的影響分析[D].北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009，6

[3] 孔令榮，崔永高，隋海波.基坑開挖時(shí)鄰近地鐵變形的影響分析[J].工程勘察，

2010，6：15～20

作者簡(jiǎn)介：應(yīng)本林（1989-），男，河南信陽人，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)工程與巖土工程方面的研究

通訊作者：易領(lǐng)兵（1988-），男，河南信陽人，主要從事地鐵及地下結(jié)構(gòu)等行業(yè)