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.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.浙江大學建筑設計研究院有限公司，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.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.浙江大學建筑設計研究院有限公司，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設計方案，并建立了Abaqus 3D有限元模型，數值模擬了基坑施工過程對地鐵隧道位移的影響，為基坑工程的優化設計及施工提供了依據。

基坑，地鐵，圍護設計，三維模型

0 引言

隨著城市建設的迅速發展，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，導致下方隧道位移場和應力場的變化，如何通過合理的基坑圍護設計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。

本文以杭州地鐵1號線隧道周邊的深基坑設計項目實例為背景，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，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結構地連墻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結構地連墻約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結構地連墻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結構地連墻約35.8 m，埋深約為7.3 m～8.4 m?；优c地鐵相對關系見圖1。

1.2 工程地質條件

本場區內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；砂質粉土、粉土厚度約為14.0 m；中部為淤泥質粉質粘土，厚度約為23 m；底部為粉砂、礫砂層。基坑開挖面部分位于粉土層，該粉土層的土滲透系數較高。

2 基坑圍護設計

2.1 圍護設計方案

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

2.2 圍護體的計算變形

通過啟明星軟件對地鐵側圍護方案進行計算，得到基坑開挖各工況下圍護結構的位移、內力包絡圖(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，地鐵盾構隧道中取距離基坑最近的1號線右線進行模擬分析。全區域的三維模型見圖3。

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

1)初始狀態下地層的初始應力平衡及位移清零；

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，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計標高。

土層開挖順序圖見圖4。

3.2 本構模型的選取

對巖土體，采用線彈性—理想塑性的Mohr-Coulomb模型進行模擬。

對鋼筋混凝土鉆孔灌注樁和基坑的混凝土底板，采用線彈性模型進行模擬。

3.3 本構模型參數

根據現場地質調查和土工試驗結果，結合工程經驗，采用的巖土體的物理力學參數見表1。

表1 建立模型時參數取值表

4 三維計算結果

4.1 圍護結構變形

地下連續墻不同開挖階段的最大側向變形為16.1 mm與啟明星計算的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)土質較差。模擬結果同樣顯示支護結構上部側向變形較小，-20 m～-35 m范圍側向變形較大，最大值為15.7 mm，最大側移點在-22 m處，如圖5所示。

4.2 盾構隧道的變形

基坑開挖使得鄰近地鐵發生水平和豎向位移，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(向基坑側移)，最大豎向位移為2.3 mm(向下沉降)。

5 結語

通過對基坑施工各工況對地鐵1號線影響的數值分析可得到如下結論：

1)地下連續墻不同開挖階段的最大側向變形為16.1 mm與啟明星計算的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(向基坑側移)，最大豎向位移為2.3 mm(向下沉降)。均滿足地鐵運行條件。

3)建議類似工程施工后可根據監測資料進行實時反饋分析，進一步深入研究典型地層中的地鐵隧道周邊進行基坑施工的設計計算方法。

[1] 胡 恒，朱厚喜，賈立宏.基坑開挖對鄰近地鐵結構基礎的影響分析[J].巖土工程學報,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值仿真分析[J].巖土工程學報,2010,32(S1):109-114.

[3] 王衛東,吳江斌,翁其平.基坑開挖卸載對地鐵區間隧道影響的數值模擬[J].巖土力學,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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