成都地鐵駟馬橋站深基坑變形特征研究

李 紅 娜

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司勘測設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽 471009)

?

成都地鐵駟馬橋站深基坑變形特征研究

李 紅 娜

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司勘測設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽 471009)

結(jié)合成都地鐵3號(hào)線駟馬橋站工程實(shí)例，采用數(shù)值模擬法研究了基坑開挖過程對(duì)地表沉降及周邊土體水平位移的影響，并將現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬數(shù)據(jù)作了對(duì)比，指出兩者相互驗(yàn)證，為基坑施工提供了依據(jù)。

深基坑，數(shù)值模擬，現(xiàn)場監(jiān)測，變形分析

0 引言

隨著城市地鐵的快速發(fā)展，基坑是越挖越深，成都地鐵車站基坑基本上都是20 m以上的深度。基坑深度的加大無形中加大了施工的難度，而且深基坑的復(fù)雜性及綜合性幾乎涉及到了巖土工程多個(gè)方面學(xué)科。地鐵車站基坑工程一般位于市中心區(qū)域，一般為明挖法，周圍建筑物密集，這對(duì)基坑的變形控制及保證周邊建筑物的穩(wěn)定性都提出了極高的要求。如果施工方法不當(dāng)、支護(hù)不及時(shí)合理，周邊土體會(huì)因此失穩(wěn)、開裂、傾斜，情況嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)l(fā)生倒塌，因此，研究地鐵車站基坑的變形特征具有十分重要的意義。

邁達(dá)斯軟件是將通用的有限元分析和土木結(jié)構(gòu)的專業(yè)性要求有機(jī)結(jié)合而開發(fā)的巖土和隧道結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，能夠提供完整的三維動(dòng)態(tài)模擬功能。邁達(dá)斯適用于地基承載力與變形分析，進(jìn)行不同施工階段不同圍巖類別支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)安全系數(shù)是否滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，定量表征基坑開挖對(duì)周邊的影響，同時(shí)通過模擬驗(yàn)算分析，提出更為合理的支護(hù)參數(shù)，指導(dǎo)現(xiàn)場的設(shè)計(jì)施工。

成都地鐵駟馬橋站是成都的重點(diǎn)工程，被稱為成都市風(fēng)險(xiǎn)最大工程之一。工程采用明挖法施工，周邊環(huán)境復(fù)雜。對(duì)于地面沉降要求嚴(yán)格，因此很有必要在基坑開挖過程中對(duì)地面沉降進(jìn)行細(xì)致分析，采用相應(yīng)的施工方法和技術(shù)措施加以控制，保證基坑開挖安全。

1 工程概況

駟馬橋站是地鐵3號(hào)線一期工程的一個(gè)中間站，也是3號(hào)線、7號(hào)線的一個(gè)換乘車站。3號(hào)線車站主體位于解放路一段與駟馬橋路交叉路口以東，橫跨駟馬橋路。

基坑長139.2 m，寬22.7 m，深25.15 m。采用明挖法施工。主體開挖到完成時(shí)間為2012年4月～2013年10月。

2 基坑開挖變形監(jiān)測

造成地表沉降的主要原因是基坑開挖過程中產(chǎn)生的地層損失引起地層移動(dòng)。施工過程中如果出土速度過快，支護(hù)跟不上，開挖面土體則可能出現(xiàn)松動(dòng)和崩塌，破壞了原來地層應(yīng)力平衡狀態(tài)，導(dǎo)致地層沉降或隆起。我們通過對(duì)地表沉降的監(jiān)控量測，確保了基坑的安全開挖。

基坑監(jiān)測范圍：周邊30 m范圍內(nèi)的地表及道路沉降、地下管線沉降、地面建筑物下沉及傾斜，以及圍巖/結(jié)構(gòu)徑向壓力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋內(nèi)力、鋼支撐軸力、地下水位、土體深層垂直位移、地層及結(jié)構(gòu)、孔隙水壓力、錨索應(yīng)力和基坑土壓力等。

通過監(jiān)測了解支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建(構(gòu))筑物的變形及受力狀況，掌握施工過程中工程自身結(jié)構(gòu)所處的安全狀態(tài)，并對(duì)其安全穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在整個(gè)施工過程中杜絕重大傷亡事故。具體情況見表1。

表1 駟馬橋站基坑具體監(jiān)測項(xiàng)目、儀器設(shè)備、允許標(biāo)準(zhǔn)值、監(jiān)測頻率

3 三維數(shù)值模型的建立

模型長200 m，寬65 m，深45 m。本文采用摩爾—庫侖模型，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用線彈性模型。具體見圖1，圖2。

土層各項(xiàng)參數(shù)見表2，鋼支撐及混凝土物理力學(xué)參數(shù)如表3所示。

4 基坑開挖過程模擬

本次施工過程模擬，結(jié)合具體開挖及鋼支撐施作過程，將開挖過程分為7步模擬：

工況一：生成挖前初始應(yīng)力場，在自重應(yīng)力作用下達(dá)到初始應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起的位移場歸零。

工況二：生成圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)。

工況三：開挖第一層土體至開挖面6 m，設(shè)置第一道支撐2 m。

工況四：開挖第二層土體至開挖面12 m，設(shè)置第二道支撐8 m。

工況五：開挖第三層土體至開挖面18 m，設(shè)置第三道支撐14 m。

工況六：開挖第四層土體至開挖面24 m，設(shè)置第四道支撐20 m。

工況七：開挖第五層土體至開挖面25.14 m。

表2 土層各項(xiàng)參數(shù)

表3 鋼支撐及混凝土物理力學(xué)參數(shù)

5 數(shù)值模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果對(duì)比分析

5.1 數(shù)值模擬結(jié)果

數(shù)據(jù)模擬結(jié)果見圖3。

對(duì)基坑開挖數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)如下：

1)由圖3可知，支護(hù)參數(shù)較好，由開挖引起的沉降較小。

2)樁的水平位移最大在-15 m。

3)隨著開挖深度的增加，沉降位移隨之增大。

4)及時(shí)架設(shè)鋼支撐，沉降明顯減少，可以有效控制位移變化。

5.2 實(shí)際監(jiān)測結(jié)果

我們將基坑開挖監(jiān)測分為：初測、開挖至5 m(架設(shè)第一道鋼支撐)、開挖至10 m(架設(shè)第二道鋼支撐)、開挖至15 m(架設(shè)第三道鋼支撐)、開挖至25.14 m(架設(shè)第四道鋼支撐)。

由圖4中看出基坑開挖測斜水平位移大小在-15 mm～35 mm之間，個(gè)別點(diǎn)超過控制標(biāo)準(zhǔn)30 mm。

由圖5中看出基坑開挖地表位移大小在0 mm～32 mm之間，個(gè)別點(diǎn)超過控制標(biāo)準(zhǔn)30 mm。

對(duì)以上實(shí)測監(jiān)測數(shù)據(jù)和沉降曲線分析得出：

1)基坑開挖時(shí)沉降控制總體較好，小于控制標(biāo)準(zhǔn)-30 mm。不同地質(zhì)情況對(duì)地表沉降影響不是很大。

2)個(gè)別沉降點(diǎn)大于-30 mm時(shí)，通過及時(shí)架設(shè)鋼支撐，沉降得到有效控制。

3)沉降的最大階段發(fā)生在基坑開挖完成時(shí)。

5.3 數(shù)值模擬與監(jiān)測結(jié)果分析

本文用摩爾—庫侖模型模擬土體，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況模擬數(shù)值計(jì)算，分析得出基坑施工過程中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的變化規(guī)律和周邊地表沉降規(guī)律。

監(jiān)測點(diǎn)XC2測斜水平位移(mm)，實(shí)際監(jiān)測變形最大值為35.54 mm，而數(shù)值模擬是26.30 mm，從結(jié)果來看，各階段樁身水平位移最大值出現(xiàn)在埋深14 m～16 m處，樁身的水平位移曲線成“弓形”狀，即先增后減，最后趨于穩(wěn)定。在土方開挖深度相同的情況下，施作鋼支撐后，限制了圍護(hù)樁進(jìn)一步向基坑內(nèi)發(fā)展，有利于提高基坑的穩(wěn)定性，圍護(hù)結(jié)構(gòu)滿足安全要求。

XC2附近地表實(shí)際監(jiān)測位移變形31.7 mm，而數(shù)值模擬是27.47 mm。隨著基坑施工開挖進(jìn)行，基坑旁邊地表沉降值明顯增大，第一道支撐的施作對(duì)地表沉降有明顯的控制作用，但隨著施工的進(jìn)展，沉降值逐漸增大，深度達(dá)到25 m后，地表沉降趨于穩(wěn)定。基坑開挖過程中地表沉降滿足安全控制要求。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)該基坑工程的分析結(jié)果表明，由于基坑工程自身的復(fù)雜性(復(fù)雜的土的應(yīng)力路徑、開挖過程、三維時(shí)空效應(yīng)等等)很多因素都難以在計(jì)算中完全考慮，因此計(jì)算結(jié)果不可能完全符合。但總體上看，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果符合，因此數(shù)值分析工具可以作為工程設(shè)計(jì)的輔助手段，結(jié)果可以作為輔助依據(jù)。

成都地鐵駟馬橋站在繁華城區(qū)內(nèi)采用明挖法施工，通過科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化施工最大限度的減小了對(duì)周邊環(huán)境的影響，順利通過了風(fēng)險(xiǎn)源。

Research on deep foundation pit deformation characteristics of Simaqiao station of Chengdu subway

Li Hongna

(SurveyandDesignInstitute,ChinaRailwayTunnelGroupLimitedCompany,Luoyang471009,China)

Combining with the engineering example of Simaqiao station line 3 of Chengdu subway, this paper used the numerical simulation researched the influence of foundation pit excavation process to surface subsidence and horizontal displacement of surrounding soil, and compared the field measured data and numerical simulation, pointed out their mutual authentication provided basis for foundation pit construction.

deep foundation pit, numerical simulation, field monitoring, deformation analysis

1009-6825(2016)31-0074-03

2016-08-28

李紅娜(1983- )，女，工程師

TU463

A