基坑施工對周邊已建地鐵的影響分析

荊子菁 林德建 劉尊景

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310058)

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基坑施工對周邊已建地鐵的影響分析

荊子菁1林德建2劉尊景1

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310058)

以杭州彭埠某鄰近地鐵的基坑工程為例，介紹了該基坑的圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，并建立了Abaqus 3D有限元模型，數(shù)值模擬了基坑施工過程對地鐵隧道位移的影響，為基坑工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工提供了依據(jù)。

基坑，地鐵，圍護(hù)設(shè)計(jì)，三維模型

0 引言

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，城市地下空間的利用率逐漸增多，越來越多的新建工程位于已運(yùn)行地鐵隧道周邊。新建工程的基坑施工引起周圍土層移動，導(dǎo)致下方隧道位移場和應(yīng)力場的變化，如何通過合理的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)減少基坑施工對周邊地鐵隧道的影響是巖土工程師的主要任務(wù)。

本文以杭州地鐵1號線隧道周邊的深基坑設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)例為背景，采用Abaqus三維有限元模擬的方法模擬了該基坑施工各步驟對地鐵1號線隧道變形的影響。

1 工程概況

1.1 工程概述

本基坑工程位于杭州市彭埠單元范圍內(nèi)，基坑呈長條形，長度約為130 m，寬度約為35 m?；娱_挖深度為12.95 m，局部挖深為13.35 m。

基坑北側(cè)靠近地鐵1號線和新建的地鐵4號線，共兩個地鐵四條線路。其余三側(cè)道路下無地鐵。

地鐵1號線右線距離基坑較近，其水平方向距基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻9 m，埋深為10.5 m～12.0 m；1號線左線水平方向距基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻約47.8 m，埋深約為10.6 m～12.1 m。

地鐵4號線右線距離基坑較近，水平方向距基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻21 m，埋深為12.0 m～16.3 m；4號線左線水平方向距基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻約35.8 m，埋深約為7.3 m～8.4 m?；优c地鐵相對關(guān)系見圖1。

1.2 工程地質(zhì)條件

本場區(qū)內(nèi)地層自上而下主要為：場地上部為填土，厚度約為2.0 m～3.0 m；砂質(zhì)粉土、粉土厚度約為14.0 m；中部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚度約為23 m；底部為粉砂、礫砂層?；娱_挖面部分位于粉土層，該粉土層的土滲透系數(shù)較高。

2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 圍護(hù)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)本基坑的開挖深度、基坑的周邊環(huán)境條件及相應(yīng)的土層分布，在本工程基坑圍護(hù)方案主要為：1 m厚的地下連續(xù)墻+三道鋼筋混凝土支撐的支護(hù)方式，坑底采用被動區(qū)墩式加固。地連墻兩側(cè)采用φ850@600的三軸水泥攪拌樁進(jìn)行槽壁加固。

2.2 圍護(hù)體的計(jì)算變形

通過啟明星軟件對地鐵側(cè)圍護(hù)方案進(jìn)行計(jì)算，得到基坑開挖各工況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力包絡(luò)圖(見圖2)。

3 三維有限元分析

3.1 模型尺寸及施工步驟

模型尺寸為400 m×250 m×60 m(x×y×z)，基坑位于模型中部，地鐵盾構(gòu)隧道中取距離基坑最近的1號線右線進(jìn)行模擬分析。全區(qū)域的三維模型見圖3。

在建立有限元的過程中，根據(jù)基坑施工工況將其抽象為數(shù)值分析采用的施工步，有限元模擬的步驟為：

1)初始狀態(tài)下地層的初始應(yīng)力平衡及位移清零；

2)模擬開挖土層至第一道支撐底；

3)模擬開挖土層至第二道支撐底；

4)按照先開挖兩側(cè)，后開挖中間土層的順序，模擬分塊開挖最下層土；

5)模擬基坑土體開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

土層開挖順序圖見圖4。

3.2 本構(gòu)模型的選取

對巖土體，采用線彈性—理想塑性的Mohr-Coulomb模型進(jìn)行模擬。

對鋼筋混凝土鉆孔灌注樁和基坑的混凝土底板，采用線彈性模型進(jìn)行模擬。

3.3 本構(gòu)模型參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和土工試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，采用的巖土體的物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 建立模型時參數(shù)取值表

4 三維計(jì)算結(jié)果

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形

地下連續(xù)墻不同開挖階段的最大側(cè)向變形為16.1 mm與啟明星計(jì)算的18.9 mm較一致。

由勘察報告土層分布，基坑所在位置上部土體較好，下部(-17.9 m～-40.5 m)土質(zhì)較差。模擬結(jié)果同樣顯示支護(hù)結(jié)構(gòu)上部側(cè)向變形較小，-20 m～-35 m范圍側(cè)向變形較大，最大值為15.7 mm，最大側(cè)移點(diǎn)在-22 m處，如圖5所示。

4.2 盾構(gòu)隧道的變形

基坑開挖使得鄰近地鐵發(fā)生水平和豎向位移，不同開挖階段引起地鐵的水平、豎直位移如圖6，圖7所示。

由圖6，圖7知，最大水平位移為5.4 mm(向基坑側(cè)移)，最大豎向位移為2.3 mm(向下沉降)。

5 結(jié)語

通過對基坑施工各工況對地鐵1號線影響的數(shù)值分析可得到如下結(jié)論：

1)地下連續(xù)墻不同開挖階段的最大側(cè)向變形為16.1 mm與啟明星計(jì)算的18.9 mm較一致。

2)基坑施工可引起隧道最大水平位移為5.4 mm(向基坑側(cè)移)，最大豎向位移為2.3 mm(向下沉降)。均滿足地鐵運(yùn)行條件。

3)建議類似工程施工后可根據(jù)監(jiān)測資料進(jìn)行實(shí)時反饋分析，進(jìn)一步深入研究典型地層中的地鐵隧道周邊進(jìn)行基坑施工的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

[1] 胡 恒，朱厚喜，賈立宏.基坑開挖對鄰近地鐵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的影響分析[J].巖土工程學(xué)報,2010,32(S1):116-119.

[2] 張玉成，楊光華，姚 捷，等.基坑開挖卸荷對下方既有地鐵隧道影響的數(shù)值仿真分析[J].巖土工程學(xué)報,2010,32(S1):109-114.

[3] 王衛(wèi)東,吳江斌,翁其平.基坑開挖卸載對地鐵區(qū)間隧道影響的數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué),2004,25(sup):251-255.

Analysis of effect of construction of foundation pit on metro tunnels

Jing Zijing1Lin Dejian2Liu Zunjing1

(1.Power China Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 311122, China;2.The Architectural Design Research Institute of Zhejiang University Co., Ltd, Hangzhou 310058, China)

Taking the neighborhood subway foundation engineering in Pengbu of Hangzhou as an example, the paper introduces the foundation enclosure design scheme, establishes Abaqus 3D finite element model, and numerically simulates the impact of foundation construction process upon subway tunnel displacement, which has provided some guidance for optimal design and construction of foundation engineering.

foundation, subway, enclosure design, three-dimensional model

1009-6825(2016)34-0085-02

2016-09-27

荊子菁(1984- )，女，工程師

TU463

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