某大厦地下室改造对地铁隧道影响的有限元分析

过凯

[提要] 本文选取某大厦地下室改造，本工程加固改造期间拆除原结构楼板时对地下室侧壁支撑有所削弱，为保证加固改造期间地铁车站及通道的安全，针对加固改造施工期间吉祥大厦及邻近的地铁车站结构的安全性及其变形量进行仿真电算分析。

[关键词] 隧道 支撑 变形 仿真

一、工程概况

本工程为某大厦地下室改造工程。本工程场毗邻地铁站。原设计为地下四层，地上三十九层的框架剪力墙结构，现已完成地下室四层结构主体的施工；为了满足新的使用功能，现需对已完成的地下室进行改造，由原来的四层（负一层局部有夹层）改为五层，原第四层人防顶板保留，负三层至负一层楼面标高均有所调整，参见图1。

场地南侧为地铁站站台层及站厅层通道结构，距离最近仅3.7m，如图4。本工程加固改造期间拆除原结构楼板时对地下室侧壁支撑有所削弱，为保证加固改造期间地铁车站及通道的安全，针对加固改造施工期间该大厦及邻近的地铁车站结构的安全性及其变形量进行仿真电算分析。

二、改造方案

本工程加固改造过程中，可能对地下室侧壁支撑作用造成削弱的主要是各层楼板拆除至新建完成的过程，为达到保护邻近地铁的目的，本工程对加固改造的施工步骤进行严格的限定，其中楼板拆除工作必须严格按照要求进行，前一步骤未完成不能进入下一步骤施工，加固及新建工作在支顶条件满足的情况下可以与其它拆除及新建工作同步进行，具体施工步骤如下：

1、加固-7.17～-3.62标高墙柱；

2、新建-3.62标高原夹层内无楼板处的楼板；

3、拆除±0.000标高中间部分楼板；

4、待步骤1新建楼板混凝土强度达到75%之后，拆除±0.000标高周边楼板；

5、加固、新建-3.62～0.250标高墙柱；

6、新建0.250标高楼板；

7、加固、新建-16.70～-13.00范围墙柱；

8、拆除-9.70标高中间部分楼板；

9、加固、新建-13.00～-10.12标高墙柱；

10、新建-10.12标高中间部分楼板；

11、跳拆-9.70标高周边楼板并新建相应位置-10.12标高楼板；

12、 拆除-6.40标高中间部分楼板；

13、 加固、新建-10.12～-7.17标高墙柱；

14、 新建-7.17标高中间部分楼板；

15、 跳拆-6.40标高周边楼板并新建相应位置-7.17标高楼板；

16、 拆除-3.10标高原夹层楼板；

17、 新建-3.62标高楼板并与之前新建的楼板相连；

其中，本工程东侧车道在加固改造期间予以保留作为出渣使用，中间部分楼板划分和跳拆部位的划分如图5所示：

跳拆部位为每层楼板周边带有编号1、2、3、4的部位，跳拆方法为先拆1、3号板并加建相应位置的新板，待加建位置新板混凝土强度达到75%后再拆除2、4号板和加建相应位置的新板。

三、复核计算

本次复核计算对改造过程中地铁结构所受影响的分析采用Ansys 8.0.1版，分析整体模型如图6。

Ansys模型中按大厦与地铁结构实际位置建模，该大厦仅建出造地铁结构一侧，远离地铁一侧固定；地铁结构按地铁站C区段实际尺寸及位置建模，两个结构均为壳单元，两者之间填充土体实体单元，与Midas模型一样，土体表面施加10kN/m2面荷载，首先计算改造前，在此荷载作用下地铁结构的侧壁位移，如图7所示，而拆除各层楼板时地铁结构的位移值，分别如后续各图所示：

结束语

综上，在加固改造的各个阶段，该大厦侧壁最大水平位移均不大于4.5mm，首层楼板不跳拆情况下，最大位移不大于6mm，且各步骤下最大位移处均位于北侧车道边楼板较薄弱位置，西侧及南侧与地铁车站、通道的侧壁位移均在3mm以内。而地铁结构的侧壁所受影响更加微小，受荷前后绝对位移均在2.5mm以内，而受该大厦改造施工影响的相对位移则在0.1mm以内，所以可以认为按设计的步骤进行加固改造施工，各个步骤下侧壁位移均较小，不会超出侧壁承载能力，不会影响相邻地铁结构的安全，不会影响周边道路正常使用。同时建议在施工全过程由第三方对侧壁位移进行监控，要求水平位移不得大于10mm，大于等于7mm时报警，具体监控方案另详专业设计。

参考文献

1、徐至钧，赵锡宏.深基坑支护设计理论与技术新进展[M].北京：机械工业出版社，2002.

2、郝文化等.ANSYS土木工程应用实例[M].北京：中国水利水电出版社，2005

3、林天健.深基坑开挖支护体系理论及其应用评述[J].力学与实践，1996，18（2）