某医院门诊大楼建设对运营地铁沉降影响分析

汪 云

（华中科技大学同济医学院附属同济医院 武汉）

引言

随着我国地铁建设的快速发展，临近地铁的工程建设越来越多。基坑开挖和建筑物附加沉降影响临近地铁的正常运营，围护结构失效甚至会导致地铁结构破坏、坍塌。因此临近地铁工程建设需进行可靠的计算分析。

某医院拟新建门诊大楼，由3层地下室、4层裙楼和16层主楼组成，主楼高约50m。门诊大楼距离运营地铁车站侧墙最近处仅6m。本文通过建立有限元数值计算模型，分析基坑开挖、建筑物附加荷载对地铁车站结构影响，为拟建工程确定支护参数和地基加固参数提供指导，确保地铁的正常运营。

1 工程概况

1.1 拟建项目概况

拟建门诊大楼由3层地下室、4层裙楼和16层主楼组成。其中主楼高约50m，地下室底板埋深约15m。地铁车站埋深约19m，顶板覆土4m。门诊大楼地下室距离地铁车站最近处约6m。

图1 拟建项目与地铁关系剖面图

1.2 地质概况

根据地勘报告，拟建场地各层土层分布及物理力学参数如表1所示。

表1 各土层物理力学参数

2 数值计算模型

2.1 建立计算模型

门诊大楼基坑深度15m，围护结构采用直径1000@1400钻孔灌注桩+两道混凝土支撑，第一道支撑截面尺寸800mm×800mm，支撑点间距6m，第二道支撑截面尺寸1000mm×1000mm，支撑点间距6m。基坑外侧设置三轴搅拌桩止水帷幕，深入不透水层1.5m，基坑开挖前将地下水位降至开挖面以下1m。

利用通用有限元计算软件，建立数值计算模型。

ρ，Es，Ers，E0，c，φ，K 等土层参数依据地勘报告取值。

2.2 计算工况

模拟基坑开挖及回筑工序如下：

（1）初始应力固结，位移置零；

（2）施工地铁车站，位移置零；

（3）施工门诊大楼基坑围护桩；

（4）向下开挖土方至第一道支撑；

（5）架设第一道支撑，向下开挖土方至第二道支撑；

（6）架设第二道支撑，向下开挖土方至坑底；

（7）浇筑底板，地下二层板，拆除第二道支撑；

（8）浇筑地下一层板，拆除第一道支撑；

（9）浇筑地下室顶板，施加主楼及裙房超载。

3 数值计算结果及分析

根据地铁运营单位提出的要求，门诊大楼建设引起的地铁沉降不应大于15mm，水平位移不应大于10mm。数值计算及结果分析如下。

3.1 门诊大楼天然地基

首先不考虑特殊处理措施，门诊大楼采用筏板基础、天然地基，计算结果如下：

图2 土体垂直位移

图3 土体水平位移

门诊大楼完工后，土体最大竖向位移发生在门诊大楼主楼下方，最大值110mm，表现为地基沉降。土体最大水平位移发生在基坑围护桩附近，最大值36mm，方向向基坑内侧。

地铁车站底板最大水平位移发生在车站靠近门诊大楼一侧，最大值约9.5mm，最小水平位移发生在远离门诊大楼一侧，最小为9.38mm。

图4 地铁底板水平位移

图5 地铁底板垂直位移

地铁车站底板最大沉降发生在车站靠近门诊大楼一侧，最大值约28mm；最小沉降发生在车站远离门诊大楼一侧，最小值约2mm。

地铁车站底板最大水平位移9.5mm，小于10mm控制值，可满足要求；最大竖向沉降28mm，大于15mm控制值，无法满足地铁保护的要求。从土体变形规律上看出，门诊大楼基础沉降较大，达到110mm，进而带动周边土体沉降，引起地铁发生较大沉降。因此需要采用措施控制门诊大楼基础沉降，以减小对地铁的影响。

3.2 门诊大楼地基加固

根据3.1节计算分析结果，门诊大楼采用天然地基无法满足地铁保护的要求，拟采用高压旋喷桩对其进行地基加固，旋喷桩桩径650mm，间距1250mm，方形布置，桩身立方体抗压强度标准值4MPa，面积置换率0.2，加固后复合地基压缩模量35MPa，加固深度11m。地基加固后计算结果如下：

图6 土体垂直位移

图7 土体水平位移

图8 地铁底板水平位移

图9 地铁底板垂直位移

根据计算结果，门诊大楼完工后土体最大竖向位移发生在主楼下方，最大值44mm，相对于3.1节减小66mm。土体最大水平位移发生在基坑围护桩附近，最大值33mm，相对于3.1节水平位移36mm变化不大。

车站底板最大沉降发生在车站靠近门诊大楼一侧，最大值约13.6mm，相对于3.1节减少14.4mm；最小沉降发生在车站远离门诊大楼一侧，最小值约1mm，相对于3.1节减少1mm。

地铁车站底板最大水平位移发生在车站靠近门诊大楼一侧，最大值约7.24mm，相对于3.1节减少2.26mm；最小水平位移发生在远离门诊大楼一侧，最小为7.15mm，相对于3.1节减少2.23mm。

门诊大楼采用地基加固处理后，地铁车站水平位移及竖向沉降明显减小，可满足地铁保护的变形控制要求。

门诊大楼采用天然地基时，其基础沉降为110mm，地铁车站底板沉降达到28mm；采用地基加固措施控制门诊大楼基础沉降至44mm后，地铁车站底板沉降减少至14mm，控制地铁变形效果明显。因此减小门诊大楼基础沉降是减小地铁变形的有效措施。

4 结论及建议

本文通过建立有限元计算模型，模拟门诊大楼建设对临近地铁车站影响，得出以下结论及建议：

（1）门诊大楼采用天然地基，基础沉降较大，进而引起地铁产生较大变形，无法满足对地铁保护的要求；采取地基加固后基础沉降显著减小，地铁沉降随之减小。

（2）门诊大楼地基加固深度不应小于11m，可采用高压旋喷、CFG桩等复合地基，加固后复合地基压缩模量不应小于35MPa，控制门诊大楼基础沉降不大于44mm。

（3）施工过程需加强对地铁车站变形监测，信息化施工，重点监测轨道处沉降、水平位移，确保地铁的安全运营。

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