基坑共用临近地铁车站既有地连墙的数值模拟

李 康

(1.华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510641； 2.亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 510641)



基坑共用临近地铁车站既有地连墙的数值模拟

李 康1，2

(1.华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510641； 2.亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 510641)

采用三维有限元模型，模拟了深圳某临近地铁深大基坑开挖过程，讨论了降水情况下基坑支护结构是否共用地铁车站原有地连墙对车站的影响，并得出了该共用地连墙方案的可行性，为今后类似工程方案设计提供了借鉴。

深大基坑，地铁车站，数值模拟，地下连续墙

随着我国各大城市中心城区地下空间的开发，紧邻地铁区间隧道的深大基坑施工对邻近地铁区间隧道的影响也越来越受到关注[1-3]。在研究此类相互影响问题时，国内学者主要关注基坑的施工步骤及地铁区间隧道的加固措施两个方面[4-6]，而对利用既有地铁车站围护结构的可行性及经济性则鲜有研究。本文以深圳某临近地铁车站超深大基坑工程为例，综合前述研究的基础上，通过数值模拟分析讨论了基坑降水条件下，是否共用既有地铁车站地连墙对地铁车站的影响，并总结了相关工程经验，为今后类似临近地铁超深大基坑提供了借鉴和参考。

1 工程概况

拟建项目位于深圳市福田区，兰光路西侧，振华路北侧，临近地铁2号线燕南站。计划兴建1栋34层的办公+酒店式高层建筑，基坑平面布局呈近正方形，支护结构周长约315.3 m，占地面积约5 996.8 m2，设计地坪高程10.50 m，基坑深度为16.9 m，属于深大基坑，重要性等级为一级。设计有两种方案：方案一：基坑南侧围护结构利用地铁2号线燕南站原临时围护结构的地下连续墙。方案二：基坑南侧支护结构不利用地铁2号线燕南站原临时围护结构的地下连续墙(见表1)。

表1 本项目施工方案

两种方案基坑开挖深度约16.9 m，开挖施工必然引起场地土层应力场的显著变化，引起土层变形，进而可能对周边的建(构)筑物产生一定的影响，基坑周边环境如图1所示。

2 三维模型的建立

2.1 土层参数

根据不同钻孔的地质信息，本次分析的土层参数及本构关系如表2所示，并初定弹性模量E=(3～5)Es。

表2 土层参数及本构关系

2.2 分析工况

以方案一为例，基坑逐步开挖至坑底，其工况设置如下：1)初始地应力场计算；2)施工地铁车站；3)基坑咬合桩施工；4)整体开挖至第一道支撑标高处，并施作冠梁及第一道支撑；5)开挖北侧区段第二道支撑底，并施工基坑南侧区段(靠近车站)第一道腰梁及第二道支撑；6)开挖至南侧区段第三道支撑底，并施工北侧区段(远离车站)第一道腰梁及第二道支撑；7)开挖至北侧区段第三道支撑底，并施工南侧区段第二道腰梁及第三道支撑；8)开挖至南侧区段第四道支撑底，并施工北侧区段第二道腰梁及第三道支撑；9)开挖至坑底，并施工南侧区段第三道腰梁及第四道支撑。

2.3 有限元模型

整体有限元模型如图2所示，基坑支护结构及地铁车站细部结构如图3所示，方案一方案二基坑支护模型分别如图4，图5所示。整体模型共有200 807个单元，96 355个节点。

3 结果对比分析

3.1 地铁车站结构变形分析

如表3所示为方案一与方案二基坑支护结构与地铁车站结构所出现的最大位移，可以得出基坑支护结构共用地铁车站原有地下连续墙，仅对基坑支护结构位移产生一定影响(仍处于安全范围)，而对地铁车站结构的位移影响甚小(位移云图见图6～图9)。

3.2 降水引起车站结构位移分析

对于上述两个方案，基坑降水对地铁车站的位移均有显著影响。对于方案一，基坑降水2 m后地铁2号线燕南站的最大位移发生在南北(Y)方向。且通过分析，位移随降水水位增大而增长，基坑降水对车站结构变形产生了显著的影响，其中燕南站紧邻基坑南侧(共用地连墙区域)：降水1 m，朝向基坑方向(南北方向)最大位移6.45 mm(向北)，沿基坑方向(东西方向)最大位移-0.70 mm(向西)，竖向最大位移-2.44 mm(下沉)；降水2 m，朝向基坑方向(南北方向)最大位移5.75 mm(向北)，沿基坑方向(东西方向)最大位移-0.62 mm(向西)，竖向最大位移-4.72 mm(下沉)。方案二亦与此类似。

表3 基坑支护结构及地铁车站最大位移 mm

4 结论及建议

本次分析借助有限元软件Midas/GTS建立了深圳某临近地铁车站深大基坑的两种不同设计方案三维计算模型，分析模拟了基坑开挖的全过程，探讨了基坑设计能否共用原有地铁车站地下连续墙结构的可行性，主要得到如下结论：

1)本项目基坑支护结构设计采用既有地铁车站地下连续墙结构对地铁车站结构的位移影响极小，对基坑支护结构本身的位移有一定的影响，但仍属于安全范围之内。因此临近地铁车站深大基坑的支护结构设计过程中，充分利用既有地铁围护结构(如地下连续墙)在技术上是安全可行的。

2)基坑降水对地铁车站结构变形产生了显著的影响，比如此例，降水2 m时，燕南站C出入口竖向沉降6.99 mm，会影响车站结构的安全性。故需做好防渗防漏措施，并选取合理的基坑降水报警值。

3)根据基坑自身受力变形与既有地铁结构受力变形情况对基坑支护结构进行优化，通过优化支护结构和施工工况以达到改变既有地铁结构受力变形大小，保护既有结构的目的。

[1] 陈俊生，刘叔灼.紧邻地铁设施大型基坑工程施工方案研究[J].岩土工程学报，2012(34):377-382.

[2] 高广运，高 盟，杨成斌，等.基坑施工对运营地铁隧道的变形影响及控制研究[J].岩土工程学报,2010(3):453-459.

[3] 胡 琦，许四法，陈仁朋，等.深基坑开挖土体扰动及其对邻近地铁隧道的影响分析[J].岩土工程学报,2013(S2):537-541.

[4] 胡海英，张玉成，杨光华，等.基坑开挖对既有地铁隧道影响的实测及数值分析[J].岩土工程学报,2014(S2):431-439.

[5] 张治国，张谢东，王卫东.临近基坑施工对地铁隧道影响的数值模拟分析[J].武汉理工大学学报,2007(11):93-97.

[6] 王卫东，吴江斌，翁其平.基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟[J].岩土力学，2004(S2):251-255.

Numercial simulation of excavation support using existing retaining wall of proximate subway station

Li Kang1,2

(1.SchoolofCivilEngineeringandTransportation,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641,China; 2.StateKeyLaboratoryofSubtropicalBuildingScience,Guangzhou510641,China)

A three-dimensional numerical model was employed in order to simulate the excavation process of an deep and large foundation pit in proximity to a subway station in Shenzhen, in the context of dewatering, the structure safety of subway station is anlysised concerning whether to include the existing retaining wall of the station, and corresponding feasibility was then derived. The project can also be served as a valuable preference to similar engineering practice in the foreseeable future.

deep-big excavation, subway station, numerical simulation, retaining wall

1009-6825(2016)28-0080-03

2016-07-25

李 康(1992- )，男，在读硕士

TU463

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