基坑開挖對既有地鐵風亭結構的影響分析

劉 健， 李 攀

（湖南路橋建設集團有限責任公司，湖南 長沙 410000）

隨著城市軌道交通事業的蓬勃發展，既有地鐵車站與地下商業體連接通道建設工程也隨之增多，連接通道施工對鄰近既有地鐵結構的影響問題在實際工程中引起了越來越多的關注［1～3］。如何準確模擬和有效控制施工引起的地表位移和結構形變，確保施工和既有地鐵安全，已成為城市地下空間開發工程中需要解決的重要課題［4～5］，而數值模擬方法是探究該類問題常用的方法之一［6～8］。本文以長沙地鐵2 號線工程某地鐵車站新建連接通道為例，采用有限元軟件FLAC3D 進行數值模擬，從地面沉降和地鐵風亭結構變形的角度進行分析，為評價基坑支護方案的合理性及對地鐵結構的安全性提供理論依據并提出建議性處理措施。

1 工程概況

擬建地下連接通道北連商業體地下車庫，南接地鐵2 號線某站主體結構側墻，為地下一層箱型混凝土框架結構，全長約13.5 m，標準段結構外輪廓寬6.2 m、高5.1 m,埋深約8.4 m。通道西側為地鐵風亭，最小距離為3.2 m。

Ma?lle等[14]借助HPLC-UV法及響應面法（RSM）對葉黃素提取參數進行優化，取得了較好的提取效果。Boonnoun等[15]使用液化二甲醚，配合HPLCDAD法，提高了萬壽菊花中游離葉黃素的提取率。Fan等[16]利用超臨界CO2及HPLC，研究提取葉黃素的最佳條件，并建立模型提高葉黃素提取率。Cobb等[17]采用HPLC-PDA法及響應面法確定了玉米蛋白粉中葉黃素的最佳提取條件，并認為葉黃素和玉米黃質的提取量是強相關。Pal等[18]應用HPLC法和響應面法試驗設計優化提取參數，確定了黃玉米粒中葉黃素的最佳提取方法。

式中:I為單位矩陣;δZk為預測觀測值與測量值之間的差值;xk|k-1為系統狀態在第k步的先驗估計;θk|k-1為系統狀態在第k步的先驗估計；θk-1為k-1時刻實際測量值；矩陣Fk為預測矩陣，用于預測下一個取樣步驟時的測量值；Pk|k-1為狀態誤差協方差矩陣在第k步的先驗估計；Pk為狀態誤差的協方差矩陣;Kk為卡爾曼增益.

連接通道基坑圍護結構采用鉆孔樁+內支撐的支護形式，設計采用直徑為0.8 m、樁間距為1.2 m 的鉆孔樁，樁嵌固深度為5.5 m；冠梁部位設置一道直徑0.609 m鋼管支撐，支撐間距3.5 m。

2 數值計算分析

2.1 計算模型

2）施工地鐵風亭結構，進行應力平衡計算，作為影響研究的初始狀態；

3）施工連接通道基坑圍護結構，開挖基坑，直至開挖至基坑底，此為最終工序。

圖1 三維計算模型

圖2 風亭結構模型

圖3 連接通道基坑圍護體系模型

2.2 計算參數

2）結構參數見表1。

1）土層參數。根據地質勘察報告及設計資料，基坑深度范圍內土體均為素填土，天然密度2.00 g/cm3、孔隙比0.72、黏聚力15 kPa、內摩擦角10°、壓縮系數0.40 MPa-1、變形模量15 MPa、側壓力系數0.35、泊松比0.38。

表1 結構參數

2.3 計算工況及初始應力

第一、二工況為初始工序，故不做展開分析，提取相關應力結果作為后續影響研究的基礎數據。見圖4-圖6。

大勇，你快帶人走，這里由我們幾個兄弟斷后，快走，不然一個也跑不掉。老機八指揮著他的幾個兄弟們四散開去，一邊推著陳大勇。

連接通道基坑開挖后，引起周邊土體的變形見圖7-圖9。

采用巖土工程有限元軟件FLAC3D，模型中預設開挖土體單元，開挖單元及土體單元、風亭結構均采用實體單元，基坑圍護樁采用pile單元，冠梁及鋼支撐采用beam單元。建模范圍包括風亭結構（頂板、底板、側墻、排風井結構）、連接通道基坑及其圍護結構體系（圍護樁、冠梁、鋼支撐），三維模型寬58 m、縱向長度18 m、深24 m，共55 950個節點、51 408個單元。模型四周法向約束，底部固定約束，頂面自由。見圖1-圖3。

中晚熟品種在2月20日至3月10日生產菌段。早熟品種要在3月1～20日生產菌段。由于長白山區冬季氣候比較寒冷，所以菌段要提前發酵，利于菌絲吃透木料和后熟，并有利于把生長弱或感染雜菌的菌段挑出來，回鍋重新滅菌接種，降低壞菌段的數量，提高菌材利用率，為當年增收打下良好基礎。

2.4 計算結果

本次研究主要針對連接通道基坑開挖對地鐵風亭結構的影響，為得到準確的結果，需進行以下工況的研究：

圖4 地層初始應力狀態豎向地層應力

圖5 地鐵風亭施工后豎向地層應力

圖6 地鐵風亭結構最大主應力

1）考慮地層為原始應力狀態，地鐵風亭結構未施工；

圖7 連接通道基坑開挖后土體位移

圖8 連接通道基坑開挖后地鐵風亭位移

圖9 連接通道基坑開挖后最大主應力

由圖7-圖9 可知，連接通道基坑開挖會引起周邊土體產生水平和豎向位移，最大水平位移為11.24 mm，最大豎向位移為3.73 mm，土體位移導致地鐵風亭結構產生偏向基坑方向的變形，最大水平變形0.9 mm，最大豎向變形0.8 mm，變形滿足控制要求。對比圖6 與圖9b，基坑開挖前后風亭結構最大主應力值由230～967.4 kPa 變化至 225～963.6 kPa，最大變化幅度為2.2%，幅度較小，滿足風亭結構的受力要求，較為安全。

根據上述計算結果可知，連接通道基坑圍護結構采用圍護樁+內支撐的形式，較好的控制住了土體變形，從而最大程度減少了對地鐵風亭結構的影響，保證了其結構安全。

在村民家里，日常做飯、洗菜、刷碗等供日常飲食清潔的水都是經凈水機過濾后的自來水。剛開始凈水機老板進村宣傳在村里推廣的時候，村里只有幾戶人購買安裝，經過宣傳推廣和村民們自己的使用心得，發現對改善水質有很大幫助，因此，凈水機得以在該村成功推廣，村民安裝了凈水機之后，一般飲用水都會經過凈水機的過濾，這樣從山上流出的自來水，通過管道引到村民家中，再經過凈水機的過濾，就可以放心飲用了。

3 結論

1）地鐵連接通道基坑開挖引起的本身基坑的位移及地表沉降處于變形控制標準內，基坑開挖引起的地鐵風亭結構的變形、應力變化值處于地鐵結構容許變形范圍內，基坑施工不會造成風亭結構產生強度破壞，施工期間的安全基本可控。

2）基坑開挖采用鉆孔樁+內支護的支護形式是合理可行的，可有效限制周邊土體位移，確保基坑及鄰近地鐵風亭結構的安全。