某醫院門診大樓建設對運營地鐵沉降影響分析

汪 云

（華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院 武漢）

引言

隨著我國地鐵建設的快速發展，臨近地鐵的工程建設越來越多。基坑開挖和建筑物附加沉降影響臨近地鐵的正常運營，圍護結構失效甚至會導致地鐵結構破壞、坍塌。因此臨近地鐵工程建設需進行可靠的計算分析。

某醫院擬新建門診大樓，由3層地下室、4層裙樓和16層主樓組成，主樓高約50m。門診大樓距離運營地鐵車站側墻最近處僅6m。本文通過建立有限元數值計算模型，分析基坑開挖、建筑物附加荷載對地鐵車站結構影響，為擬建工程確定支護參數和地基加固參數提供指導，確保地鐵的正常運營。

1 工程概況

1.1 擬建項目概況

擬建門診大樓由3層地下室、4層裙樓和16層主樓組成。其中主樓高約50m，地下室底板埋深約15m。地鐵車站埋深約19m，頂板覆土4m。門診大樓地下室距離地鐵車站最近處約6m。

圖1 擬建項目與地鐵關系剖面圖

1.2 地質概況

根據地勘報告，擬建場地各層土層分布及物理力學參數如表1所示。

表1 各土層物理力學參數

2 數值計算模型

2.1 建立計算模型

門診大樓基坑深度15m，圍護結構采用直徑1000@1400鉆孔灌注樁+兩道混凝土支撐，第一道支撐截面尺寸800mm×800mm，支撐點間距6m，第二道支撐截面尺寸1000mm×1000mm，支撐點間距6m。基坑外側設置三軸攪拌樁止水帷幕，深入不透水層1.5m，基坑開挖前將地下水位降至開挖面以下1m。

利用通用有限元計算軟件，建立數值計算模型。

ρ，Es，Ers，E0，c，φ，K 等土層參數依據地勘報告取值。

2.2 計算工況

模擬基坑開挖及回筑工序如下：

（1）初始應力固結，位移置零；

（2）施工地鐵車站，位移置零；

（3）施工門診大樓基坑圍護樁；

（4）向下開挖土方至第一道支撐；

（5）架設第一道支撐，向下開挖土方至第二道支撐；

（6）架設第二道支撐，向下開挖土方至坑底；

（7）澆筑底板，地下二層板，拆除第二道支撐；

（8）澆筑地下一層板，拆除第一道支撐；

（9）澆筑地下室頂板，施加主樓及裙房超載。

3 數值計算結果及分析

根據地鐵運營單位提出的要求，門診大樓建設引起的地鐵沉降不應大于15mm，水平位移不應大于10mm。數值計算及結果分析如下。

3.1 門診大樓天然地基

首先不考慮特殊處理措施，門診大樓采用筏板基礎、天然地基，計算結果如下：

圖2 土體垂直位移

圖3 土體水平位移

門診大樓完工后，土體最大豎向位移發生在門診大樓主樓下方，最大值110mm，表現為地基沉降。土體最大水平位移發生在基坑圍護樁附近，最大值36mm，方向向基坑內側。

地鐵車站底板最大水平位移發生在車站靠近門診大樓一側，最大值約9.5mm，最小水平位移發生在遠離門診大樓一側，最小為9.38mm。

圖4 地鐵底板水平位移

圖5 地鐵底板垂直位移

地鐵車站底板最大沉降發生在車站靠近門診大樓一側，最大值約28mm；最小沉降發生在車站遠離門診大樓一側，最小值約2mm。

地鐵車站底板最大水平位移9.5mm，小于10mm控制值，可滿足要求；最大豎向沉降28mm，大于15mm控制值，無法滿足地鐵保護的要求。從土體變形規律上看出，門診大樓基礎沉降較大，達到110mm，進而帶動周邊土體沉降，引起地鐵發生較大沉降。因此需要采用措施控制門診大樓基礎沉降，以減小對地鐵的影響。

3.2 門診大樓地基加固

根據3.1節計算分析結果，門診大樓采用天然地基無法滿足地鐵保護的要求，擬采用高壓旋噴樁對其進行地基加固，旋噴樁樁徑650mm，間距1250mm，方形布置，樁身立方體抗壓強度標準值4MPa，面積置換率0.2，加固后復合地基壓縮模量35MPa，加固深度11m。地基加固后計算結果如下：

圖6 土體垂直位移

圖7 土體水平位移

圖8 地鐵底板水平位移

圖9 地鐵底板垂直位移

根據計算結果，門診大樓完工后土體最大豎向位移發生在主樓下方，最大值44mm，相對于3.1節減小66mm。土體最大水平位移發生在基坑圍護樁附近，最大值33mm，相對于3.1節水平位移36mm變化不大。

車站底板最大沉降發生在車站靠近門診大樓一側，最大值約13.6mm，相對于3.1節減少14.4mm；最小沉降發生在車站遠離門診大樓一側，最小值約1mm，相對于3.1節減少1mm。

地鐵車站底板最大水平位移發生在車站靠近門診大樓一側，最大值約7.24mm，相對于3.1節減少2.26mm；最小水平位移發生在遠離門診大樓一側，最小為7.15mm，相對于3.1節減少2.23mm。

門診大樓采用地基加固處理后，地鐵車站水平位移及豎向沉降明顯減小，可滿足地鐵保護的變形控制要求。

門診大樓采用天然地基時，其基礎沉降為110mm，地鐵車站底板沉降達到28mm；采用地基加固措施控制門診大樓基礎沉降至44mm后，地鐵車站底板沉降減少至14mm，控制地鐵變形效果明顯。因此減小門診大樓基礎沉降是減小地鐵變形的有效措施。

4 結論及建議

本文通過建立有限元計算模型，模擬門診大樓建設對臨近地鐵車站影響，得出以下結論及建議：

（1）門診大樓采用天然地基，基礎沉降較大，進而引起地鐵產生較大變形，無法滿足對地鐵保護的要求；采取地基加固后基礎沉降顯著減小，地鐵沉降隨之減小。

（2）門診大樓地基加固深度不應小于11m，可采用高壓旋噴、CFG樁等復合地基，加固后復合地基壓縮模量不應小于35MPa，控制門診大樓基礎沉降不大于44mm。

（3）施工過程需加強對地鐵車站變形監測，信息化施工，重點監測軌道處沉降、水平位移，確保地鐵的安全運營。

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