摘要：根据地铁车站的基坑盾构井位置的尺寸，通过对实际施工案例探究分析，建立三维计算模型，主要是使用GTS通用大型岩土有限元分析软件，对比分析支持轴力数据以及墙体位移的计算结果和现场观测的结果，探究在差异化的施工情况下，盾构井位置的支撑轴力以及墙体位移的规律。通过对比结果可以看出：在尺寸扩大位置，长边方向的墙体变形纵向具有均匀的分布，并且墙体上部分的变形明显大于同一水平高度的水平墙；开挖的深度越深，短边方向的墙体变形会向下垂直移动。
关键词：地铁车站；基坑盾构井；围护结构变形；模拟分析
作为现代交通工具，地铁每天担负着了较大的人流量，因此对于地铁施工建设的质量安全测定具有重要的意义。本文主要是通过实际的施工案例分析，探讨地铁车站基坑盾构井部分围护结构变形情况。
一、工程概况
地铁某站处于该地段的十字路口，该地的站台中心里程为YDK17+930，该地铁站附近的建筑物集群比较多，并且路面交通眼里比较大，该地铁站周边的城市规划主要是住宅用地，具有较大的客流量。在该地路面以下有多处管线管道的分布。整体地铁线路总长度为485米，两端分别为盾构井，长度均为20米，宽度均为30米，属于比较常见的基坑样式，基坑除了盾构井和主体部分的平面尺寸有较大差异，其余各方面参数都一致。
1.1水文条件
该地铁站处于冲击阶地，在前期施工场地勘察时，该出地下水位约有6米深，高程为72米，季节不同，该场地的地下水位具有较大的变化。此地的雨季集中在夏季，地下水位会随着降雨量的变化而变化，在降雨比较少的秋冬季节，该地下水位就会下降，变化程度约保持在4米左右。
该地铁站所处的位置为平坦地势，地面高程约为76.875米左右，相对高差在2米左右。该站沿线土质的上表层为第四系，主要为黏土，粉质土以及砂砾土；下浮地层属于第三系，土质以粉砂岩以及泥岩为主；表面覆盖的是素填土。通过对该地的土质进行钻探的结果发现，该站的岩土层的分层状态主要是，第一层是素填土；第二层为硬塑状粉质粘土以及可塑粉质粘土；第三层为粉土；第四层为砂砾，第五层为圆砾，第六层上段为泥岩，下段为粉砂岩。将连续墙入泥岩的深度设计为2米以上，该车站主体底板在圆砾层。
1.2基坑支护概况
该车站建立为地下两层，施工方式选择明挖顺做法，连续墙上是指支撑支护体系，修筑挡土墙，厚度控制在0.36米，位置在距离地面2.5米之内，修筑连续墙，厚度控制在0.9米，位置在距离地面2.5米以下，并且在其上方修筑冠梁，厚度控制在0.85米，宽度控制在1.3米；并在冠梁处设置支撑防护，在距离冠梁5米的位置以及9米的位置再设置两道支撑防护。
使用专业的测斜仪以及测斜管检测墙体的位移变化情况，在维护装置的内部设置监测点，间距控制在18米左右，加上该站的两个盾构井，整条线路的监测点共设置在53个以内，具体的埋设见图1：
图1 监测点的埋设示意图
二、建立三维空间的分析模型
通过专业的有限元分析软件，根据实际的地铁车站工程，建立三维空间的分析模型分析该车站的基坑盾构井部分。
2.1建立几何模型
基坑盾构井部分存在尺寸的变化，因此为了详细掌握该工程围护结构的变形情况，建立的几何模型不仅具有盾构井部分，还有与盾构井部分连接的主体部分。这样才能详细掌握基坑盾构井部分和引起相连主体部分的变形情况。
在建立模型时需要对实际工程进行假设：（1）在开挖土体之前，对车站基坑进行降水处理，所以在分析时可以忽略降水渗流问题。（2）将车站所处位置的土层假设为呈现线性均匀分布状态，对于进入泥岩的连读墙，在分析时，将其设定为不动点，不会在土体开挖过程中出现位移情况。以上各方面的假设，能够在开挖土体时，分析和观察连续墙的变形情况。
建立模型时，将基坑的盾构井部分的尺寸设定在45m×65m×110m，具体建立情况见图2。
（注：X轴代表的是基坑连续墙的方向，Z轴为深度方向，y轴为连续墙方向）
围护结构的分布情况：在距离地面2.5米处设置首道支撑，将肋撑设置在距离支撑端6米的位置。此外，需要注意的是，设置的首道斜撑的材料需要使用钢筋混凝土，并将其设置在距离端角2.5米位置以及4.5米位置，分别对称分布，使用钢管材料设置第2-3道支撑，此钢管材料的直径控制在600毫米，厚度控制在3.5米，各个支撑之间的间距：1-2支撑控制在5.5米左右，2-3支撑控制在5米左右。
图2 三维空间的盾构井模型
2.2模型参数的取值
根据前期对施工场地的勘察报告的相关资料可以看出，车站挖制的基坑处于土层比较均匀平整的位置，少部分区域存在交叉土层。根据勘察报告所提示的土层厚度划分，并结合其他有关资料，进行模型参数的取值。
三、分析计算结果
处于盾构井部分的墙体位移主要是基坑连续墙的方向以及连续墙方向的位移，根据前期的勘察报告能有探寻该车站地下连续墙变形的规律，随着开挖深度的增加，连续墙能够达到最大变形值，并且其变形情况为中间变形程度比较大，两端变形比较小，根据有关研究报告结果显示，连续墙体的变形情况随着深度的变化而变化。
宽度尺寸变化影响着盾构井的位移，主要的表现特征在以下几个方面：在差异化的施工情况下，扩大角处的墙体位移没有表现处显著的均匀分层情况，再同深度的连续墙水平线上出现的位移情况以及数值是相同的，地面到开挖面的连续墙位移变形是相同的，随着开挖深度的提升，连续墙的变形程度也在呈现增加趋势，这主要是因为连续墙宽度的变化，会改变此处的转动惯量，这样会导致异常的位移分布。水平方向的连续墙位移没有出现垂直方向位移的情况，呈现出一种越靠近短边，位移变化程度就会减小。这就可以看出水平方向的连续墙位移主要是受短边的限制，这就会使得连续墙的水平方向位移的分布呈现阶梯状。综上所述，连续墙的位移随着深度的增加而产生较大的位移程度。在差异化的施工情况下，连续墙位移最大值出现在与主体部分连接位置，最终的位移效果图的呈现就是中间变形程度比较大，两端变形比较小的变形情况，按照实际曲线图来看其位移情况就形似于“大肚子状”。
四、结束语
此次研究主要是根据实际工程基坑盾构井部分围护结构变形，结合工程实施步骤，参照勘察报告所提供的各项数据，采用专业的分析软件，建立三维空间的模型，探究在差异化的施工情况下，基坑盾构井部分连续墙位移的变化影响因素，得出结论主要在于以下几个方面：
（1）建立模拟的连续墙，其位移变化情况比较符合实际的位移变化值，这就证明了该模型具有正确的数值分析能力。此外，该模型的建立将基坑盾构井部分连续墙位移变化真实反映出来，对实际施工有指导意义。
（2）通过模拟分析长边方向连续墙以及短边方向连续墙的位移变化情况，结果显示，连续墙的位移变化情况收到空间尺寸的限制，这就导致其变化情况与主体部分的分布不一致。在尺寸扩大位置，长边方向的墙体变形纵向具有均匀的分布，并且墙体上部分的变形明显大于同一水平高度的水平墙；开挖的深度越深，短边方向的墙体变形会向下垂直移动。
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论文作者:罗子端,周明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/7
标签：位移论文; 盾构论文; 基坑论文; 情况论文; 墙体论文; 车站论文; 方向论文; 《基层建设》2017年第27期论文;