成都地铁车站深基坑施工对紧邻建筑群变形的影响

杨伟，曾勇，宋建虎，朱光亚

(1．中铁二局二公司，四川成都610091;2．西南交通大学峨眉校区，四川峨眉山614202; 3．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)

成都地铁车站深基坑施工对紧邻建筑群变形的影响

杨伟1，曾勇2，宋建虎1，朱光亚3

(1．中铁二局二公司，四川成都610091;2．西南交通大学峨眉校区，四川峨眉山614202; 3．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)

针对成都地铁3号线马鞍北路站的深基坑工程，采用有限元方法建立了三维数值计算模型，利用现场实测数据对比验证了理论分析模型的正确性，进而计算分析了深基坑施工不同阶段紧邻建筑群的变形规律。研究成果可为类似工程的设计和施工提供有益参考。

地铁车站 深基坑 建筑群 变形

随着我国城市化进程不断加快，地铁作为有效利用地下空间，缓解地面交通压力的手段，在城市中应用越来越广泛。然而，城市中建筑物密度大，施工环境复杂，地铁施工尤其是明挖施工过程中，由于改变了土体力学平衡状态，容易引起区域土体及周边建筑物的变形，甚至带来严重的安全问题［1-3］。因此，有必要对城市地铁明挖施工时周围建筑物的变形规律进行研究。本文以成都地铁3号线马鞍北路车站深基坑工程为例，采用有限元方法，结合现场监测手段研究深基坑施工过程中紧邻建筑群的变形问题。

1 工程概况

成都地铁3号线马鞍北路车站深基坑周边，建筑物分布密集且距离基坑较近。其中，基坑周边前锋小区有5幢建筑物(如图1所示)，距深基坑边缘最小距离仅为3.5 m。图1中建筑物长57.75 m，宽9.3 m，高21 m。建筑主体结构采用砖混结构，基础采用条形基础，基础埋深2.95 m，主要由四部分构成，自下而上依次为混凝土垫层、混凝土底板、砖基础、钢筋混凝土地圈梁。

车站主体及站台区间结构采用明挖顺做法施工。围护结构采用钻孔灌注桩结合钢支撑的形式。研究区段基坑开挖深度16.88 m，桩长20.33 m，采用φ1200 @2200 mm钻孔灌注桩。共设置3道横支撑。其中，第1道支撑为600 mm×800 mm混凝土支撑，第2、第3道支撑为钢支撑，采用φ609 mm的钢管支撑。各支撑安装位置为:第1道支撑在－1.1 m处，支撑间距7 m，第2道支撑在－7.2 m处，支撑间距3.5 m，第3道支撑在－12.7 m处，支撑间距3.5 m，除了第1道支撑安装在冠梁上外，第2，第3道支撑均安装在钢围檩上。

整个基坑施工过程按照开挖及支护的时间顺序分为7个阶段，如表1所示。

图1 基坑与相邻建筑概况

表1 基坑开挖工况

2 计算模型

由于地铁深基坑施工过程较为复杂，在使用有限元方法分析时常将土体视为弹性或弹塑性材料，并作出如下假设:①将岩土体视为连续均匀、各向同性介质，采用D－P屈服准则;②仅考虑土体自重应力的影响［4］。

利用大型通用有限元软件Ansys建立三维实体模型模拟基坑开挖过程及建筑群的变形，如图2所示，并利用生死单元实现基坑开挖过程以及支护结构作用的动态模拟［5］。

车站深基坑及邻近建筑群区域的土层分布及物理力学参数如表2所示。

图2 有限元模型

表2 土层分布

3 计算模型验证

为验证深基坑施工与建筑物变形的计算模型和计算结果的正确性，将33幢建筑物2个角点(如图1所示)沉降变形计算值与相关现场实测数据进行对比分析，结果如图3所示。

图3 33幢建筑物角点沉降变形计算值与实测值对比

由图3可知，33幢建筑物各角点的计算变形曲线与实测曲线基本一致，误差值均不超过1 mm，计算值和实测值吻合度较高。由此判定，建立的计算模型符合要求。

4 计算结果及分析

4.1 水平位移

通过计算得到建筑群水平位移与深基坑开挖深度的关系。开挖至工况7时建筑群水平位移如图4所示。

计算结果显示，随着开挖深度的不同，建筑群水平位移呈现出较为明显的变化。随着开挖深度的增加，邻近建筑群水平位移逐步增长。

为进一步探明基坑开挖对紧邻建筑群水平位移的影响，以小区33幢建筑(居中建筑物)为对象进行深入分析。深基坑开挖至不同深度时，建筑物4个角点产生的水平位移值如表3所示。

图4 工况7(开挖深度16.88 m)建筑群水平位移(单位:m)

表3 33幢建筑物各角点水平位移mm

由表3分析可知，在同一工况下，车站基坑开挖引起建筑物各个角点的水平位移相差不大，靠近基坑角点的水平位移略大于远离基坑角点的水平位移;随着基坑开挖深度的加大，建筑物水平位移呈现出逐渐增大的趋势。

4.2 沉降变形

通过计算得到土体及建筑物的沉降与车站深基坑开挖深度的关系。开挖至工况7时建筑群沉降变形如图5所示。

图5 工况7(开挖深度16.88 m)建筑群沉降变形(单位:m)

计算结果显示，随着开挖深度的增加建筑物的沉降逐渐增加，且五幢建筑的沉降基本一致。选取前锋小区33幢的沉降数据进一步分析建筑物沉降变形规律，如表4所示。

由表4可知，建筑物沉降变形与开挖深度有密切关系。随着开挖深度增加，建筑物沉降变形表现出逐渐增大的趋势。开挖过程中，建筑物靠近基坑端的沉降始终大于远离基坑端的沉降，但建筑物各角点沉降量不大，建筑物靠近基坑端的沉降最大值仅为9.87 mm。

当基坑开挖至16.88 m时，建筑物不均匀沉降达到最大值4.46 mm，由于建筑物长度为57.75 m，故建筑物倾斜率为0.08‰，远小于4‰的规范要求。由此可知，基坑邻近建筑群的最大沉降和不均匀沉降均满足规范要求，表明该处深基坑支护结构的设计是合理的。

表4 33幢建筑物各角点沉降变形mm

5 结论

1)地铁车站深基坑开挖过程中，邻近建筑物靠近基坑侧和远离基坑侧的水平位移基本保持一致;建筑物水平位移随着开挖深度的增加而增大，水平位移增长趋势随着开挖深度增加而变缓。

2)地铁车站深基坑施工时，邻近建筑物沉降变形随着开挖深度的增加而增大，建筑物靠近基坑侧的沉降变形大于远离基坑侧的沉降变形，会造成建筑物的不均匀沉降，但不均匀沉降值较小，满足规范要求。

3)地铁车站深基坑施工会引起建筑物的变形，但只要采取的支护措施合理，便可将周边建筑物的变形控制在规定范围内，有效地减小基坑开挖带来的不利影响。

［1］胡云龙．基坑开挖对既有地铁结构变形影响的研究［J］．铁道建筑，2013(6):85-87．

［2］阴红宇，李天斌．成都某地铁车站深基坑水平变形分析［J］．铁道建筑，2013(3):97-100．

［3］郭建强，龚洪祥．地铁车站深基坑施工对临近建筑物影响的控制［J］．建筑科学，2008(9):91-95．

［4］霍润科，颜明圆，宋战平．地铁车站深基坑开挖监测与数值分析［J］．铁道工程学报，2011(5):81-85．

［5］孟文清．基于ANSYS的地铁车站深基坑支护设计［J］．河北工程大学学报(自然科学版)，2010(4):5-8，22．

(责任审编孟庆伶)

U231+．4;TU94+1

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．03．20

1003-1995(2015)03-0070-03

2014-09-10;

2014-12-10

杨伟(1975—)，男，重庆江津人，工程师。