深基坑紧临施工对既有地铁车站结构影响分析.pdf

文章结合深基坑后期近接施工对先期已运营既有地铁车站结构影响的工程实例进行基坑临近施工全过程数值计算分析 通过计算主要影响区域范围内基坑施工引起的既有车站结构位移及差异变形评价基坑施工对整体结构及重要节点位置的影响判断既有结构受力的不利时机和不利位置为合理制定施工监测方案保障运营期行车安全提供现实研究依据 关键词:车站结构明挖基坑紧临施工变形分析中图分类号:.文献标识码:引言轨道交通容量高方便快捷对于缓解地面交通拥堵减轻城市交通压力具有重要意义 随着城市轨道交通项目有序推进交通线路数逐年增加地铁、隧道等交叠冲突或紧临施工的情况越来越多岩土体介质中既有建筑物的安全性受到影响容易导致地下洞室围岩应力重分布引起临近建筑物的变形、破坏 国内外关于地铁等地下工程交叉、紧临的研究较为丰富如相关施工力学机理、影响分析及对应措施研究等 然而由于地下工程的灰色空间特性任何理论或模型都无法完全适用于特定项目复杂的周边条件 因此根据具体情况建立适应实际边界条件的分析模型来评价既有建筑物的不利影响具有较强的针对性和可靠性 文章以新建兴华商业街明挖深基坑紧临地铁一号线铁西广场站南侧施工工程为研究案例采用三维弹塑性模型对新建基坑施工产生的与既有结构之间的交互影响进行全面分析验证了基坑开挖方案和施工流程的合理性为科学确定基坑施工、监测方案保证既有地铁车站结构安全提供依据 工程背景铁西广场站为岛式站台车站有效站台宽度.车站起点里程 .终点里程.主体结构总长.标准段的地铁车站结构宽度为 结构形式在小里程端为三层双柱三跨大里程端为三层单柱两跨箱型框架结构 该车站结构的顶板覆盖土层厚度为.结构底板位置在地面下.新建兴华商业街基坑临近地铁一号线明挖基坑宽.深约基坑围护桩采用直径 间距.的钻孔灌注桩新建基坑与地铁车站紧临的夹层空间采用直径.间距.的钻孔灌注桩围护桩嵌固进入基坑底部的深度为 该基坑共设置 道混凝土支撑、道钢支撑及 道换撑 该基坑与既有地铁一号线 字形施作基坑围护距离地铁一号线围护.其平纵关系如图 所示图 临近地铁车站一侧基坑平面图 数值模型及边界条件.三维数值模型构建根据圣维南原理考虑到减小模型边界影响和建模计算经济性分析结构的土体介质计算模型尺 年 第 期 北方交通寸为 既有地铁一号线铁西广场站主体及围护结构、新建兴华商业街基坑围护及临时结构分别建立结构三维模型并按照实际空间位置布设于土体模型中 基坑周边的围护桩支护既有车站主体结构底、顶及中隔板临时支护体系及边墙等均采用弹性模型板单元既有车站主体结构柱及上、下翻梁等均采用弹性模型梁单元 结构周边包围的岩、土体均采用弹塑性材料三维实体单元屈服准则采用摩尔 库伦准则 模型约束条件为:底部边界建立竖向位移约束侧向边界建立水平位移约束 建立模型中的单元数量为 个.施工工序模拟情况既有地铁一号线铁西广场站结构是首先需要激活的既有结构先期施工完成 新建兴华商业街基坑施工顺序为:施作围护桩、格构柱及冠梁进行降水施工基坑开挖至第一道支撑下.架设第一道支撑凿出格构柱架设横向连系梁依次分层开挖架设支撑至基坑底同时凿出格构柱架设横向连系梁施作底板防水、底纵梁、底板及部分侧墙架设临时支撑逐层向上拆除临时支撑及横撑施作主体结构结构封顶填土覆盖 土体内部地铁站结构及新建基坑模型见图 图 土体内部地铁站结构及新建基坑模型.计算模型参数.地层参数根据施工范围内的钻孔报告揭露地层主要为:粉质黏土、粗砂及 圆砾 根据地勘报告数据及地区经验结合往期数值分析贴合度拟定土层力学参数并在试算过程中进行调整保证计算结构贴合实际情况 各地层计算参数如表 所示表 土层力学参数表地层弹性模量/泊松比重度/(/)粘聚力/内摩擦角/()粉质黏土.粗砂.圆砾.结构参数地铁车站各层板、梁及外侧墙均采用 防水混凝土抗渗等级 各节点位置主体结构柱均采用 混凝土混凝土内钢筋主要采用 及结构预埋钢构件采用 既有车站基坑围护结构直径.间距.钻孔灌注桩.设计荷载查阅地铁工程相关规范既有车站各层站台楼板采用的设计活荷载为 按照不利状况考虑列车满载等效均布荷载为.结构覆盖层上的车辆超载等效均布荷载为 计算结果分析.模型整体变形分析绘制地铁车站整体竖向位移云图如图 图 既有地铁车站竖向位移由图 可知既有地铁车站受商业体基坑开挖影响会产生空间位移既有结构的最大水平位移量为.朝向基坑方向最大沉降量为.结构整体变形是多方向的因此设置监测点时需同时关注竖向位移和横向位移.基坑开挖引起既有结构变形分析通过对计算模型进行初算分析基坑开挖影响区域为图 中所示区域 考虑模型经济性仅建立主要影响区域模型并对主要变形位置进行详细分析北方交通 年 第 期图 监测点位置示意图基坑开挖会导致既有结构发生不同程度的位移严重影响结构的受力安全 模型计算中在结构变形敏感位置设置监测点通过监测点随基坑开挖的位移变化情况判断基坑开挖对既有车站结构的影响程度 图 中 轴为靠近基坑一侧取 轴、轴、轴、轴、轴立柱底部端点为监测点绘制竖向位移时程曲线如图 图 图 轴各监测点时程曲线图 轴各监测点时程曲线根据各监测点时程曲线可知:()临近基坑一侧 轴随基坑开挖会发生上隆现象开挖过程中最大上隆量为.开挖第图 轴各监测点时程曲线图 轴各监测点时程曲线三层 土 体 后 开 始 发 生 沉 降 最 终 位 移 为 上 隆 发生在 监测点()轴、轴、轴时程曲线规律基本一致均为随基坑开挖既有结构持续产生沉降最大沉降值为.发生在 监测点()通过分析各监测点位移受基坑开挖及围护桩变形影响既有地铁站结构位移为临近基坑上隆远离基坑下沉的情况 根据这一特点需合理布设监测点位置重点关注 及 区域附近监测点施工过程中可根据计算结果在不同开挖工序阶段合理加密地表监测对不同工序对应的变形敏感点进行重点观测保证既有地铁车站运营安全.地铁轨道纵向差异变形分析地铁轨道变形控制是城市轨道交通中不可忽视的重要内容合理控制轨道的差异变形能够保证地铁车辆行驶的平稳性保障乘客出行安全文章通过线状提取计算节点得到既有地铁车站左线轨道中心线及右线轨道中心线的最终沉降曲线该曲线能够直观展现轨道的差异变形情况具体见图 和图 根据轨道中心线最终沉降曲线可知:()地铁一号线铁西广场站差异沉降量相对较大的区域主要集中在车站距离商业体基坑较近位 年 第 期 宾胜林:深基坑紧临施工对既有地铁车站结构影响分析图 左线轨道中心线最终沉降曲线图 右线轨道中心线最终沉降曲线置即右线轨道中心线差异沉降较大左线轨道中心线差异沉降较小()左线沉降曲线呈“上凸形”重点监测 个拐点即可右线沉降曲线呈“形”个拐点均需进行重点监测严格控制轨道差异变形 结论()应用贴合实际工况的数值分析模型计算并分析紧临工程施工影响能够在复杂的空间和施工工序条件下获取新建工程紧临施工对既有结构的影响程度及影响范围准确判断既有结构受力的不利时机和不利位置为科学制定监控量测方案保障既有地铁结构运营安全提供依据()数值计算能够反映施工状态的一般情况及趋势但无法反映施工过程中遇到的非常规状态因此需要严格把控施工质量严格按照设计图纸进行新建商业街基坑施工每开挖一层即作支护一层及时施作坑内支撑 除对计算得出的主要变形位置进行监测外新建基坑本身的变形监测也尤为重要()铁西广场站所处地层围岩以粗砂和砂砾为主属强透水层新建商业街基坑降水应根据水文情况制定专项降水方案并严格执行 降水期间应加强对既有结构沉降的监测并制定应急预案参考文献 郭典塔周翠英.基坑开挖对近接地铁车站的影响规律研究.现代隧道技术():.丁习富师海孟小伟.深基坑开挖与紧邻在建地铁车站影响优化分析.地下空间与工程学报():.陈甦孙斌彬顾凤祥等.基坑工程施工对邻近地铁结构影响研究现状与展望.江苏大学学报(自然科学版)():.宾胜林赵伟.地下交叉工程下穿有轨电车路基的影响分析.河北工业科技():.宾胜林.双线铁路隧道侧穿对既有建筑物的影响分析.北方交通():.张国亮韩雪峰李元海等.新建地铁站基坑与既有车站结构间相互影响的数值分析.隧道建设():.(.).北方交通 年 第 期