某近距离小尺寸基坑开挖与桩基施工对地铁车站结构的影响研究分析

2020-05-19张玮鹏

广东建材 2020年4期

张玮鹏

（广州大学建筑设计研究院）

0 引言

某落客平台拟跨越广州地铁九号线地铁车站建设施工，存在多个承台临近甚至紧贴地铁车站结构，考虑到落客平台的承台尺寸较大、桩基数量多，故针对承台基坑开挖及桩基施工对地铁车站结构的影响采用Midas-GTS NX 软件进行三维有限元分析，以模拟分析计算结果指导施工，得到一些初步结论，为后续轨道交通建设和保护提供参考。

2 工程概况

某落客平台10 号轴中墩、14 号轴中墩承台、桩基础位于地铁车站及其附属结构50m 范围以内，平面位置关系图详见图1。其中，落客平台西侧10 号轴承台基坑深约8.3m，桩基础直径1.8m，桩长15m；14 号轴中墩承台基坑深3.5m，桩直径1.8m，桩长18m。所有承台临近地铁结构侧均采用地铁车站已建地连墙支护，其余侧采用φ800@900mm 钻孔灌注桩+φ600mm 的钢管桩支撑（壁厚16mm）支护，桩间采用φ600mm 双管旋喷桩止水。基坑支护平面图、剖面图见图2～图5。

图1 落客平台基础与地铁结构位置示意图

图3 10 号轴中墩基础剖面示意图

图4 14 号轴中墩基础平面示意图

图5 14 号轴中墩基础剖面示意图

3 三维有限元模型建立

根据项目承台基坑与桩基础的平、剖面图及其与地铁车站及其附属结构关系，最终确定模拟分析模型的尺寸（长×宽×高）为320m×200m×50m。对模型底部约束Z 方向位移，模型前后面约束Y 方向位移，左右面约束X方向位移[1-2]。基于以上边界条件，建立有限元分析模型如图6 所示。

本次模拟计算分析选取偏不利钻孔进行分析，地层自上而下为：素填土（3.0）、中砂（6.5m）、粘性土（4.5m）、强风化灰岩（3m）、微风化灰岩。地铁车站底埋深17m，底部位于微风化岩；盾构隧道底埋深16m，底部位于强风化岩；附属结构底多位于粘土层中。岩土地层及结构参数见表1。

4 模拟分析结果

图6 承台基坑、桩基础与地铁车站结构的三维有限元分析整体模型

图7 承台基坑、桩基础与地铁车站结构的有限元三维等轴侧视图

表1 岩土地层物理力学参数

根据承台基坑及桩基础设计图纸，结合承台基坑及桩基础与地铁车站结构的关系，本模型施工工况如表2所示。

基于上述模型和施工工况，基坑拆撑时（工况四）广州九号线地铁结构位移如图8～图10 所示，分析计算结果汇总见表3。

5 结论

基于以上工程概况、三维模型分析计算结果，得到结论如下：

图8 基坑拆撑时（工况四）地铁车站结构的水平方向(TX)位移变化等色图

图9 基坑拆撑时（工况四）地铁车站结构的水平方向(TY)位移变化等色图

图10 基坑拆撑时（工况四）地铁车站结构的竖直方向(TZ)位移变化等色图

⑴桩基础施工将导致车站主体结构发生远离桩基方向的位移、竖直方向沉降，地铁结构最大水平位移量为1.91mm，最大竖直沉降量为0.73mm；随着基坑开挖到底，支护桩发生变形、基坑底隆起，地铁结构发生向基坑方向的位移，地铁结构最大水平位移量为3.26mm，最大竖直沉降量为1.82mm。

⑵当基坑开挖到底、坑外水位下降2m 和下降4m时，车站结构附近的有效土压力增大，土体重新产生固结和压缩沉降，造成地表及地铁结构发生一定量的沉降。当基坑开挖至坑底且坑外地下水位下降2m 时，车站结构沉降量较地下水不变化情况有所变大，最大沉降量为2.26mm；坑外地下水位下降4m 时，车站结构最大沉降量为4.11mm。