关键词：复杂岩土环境；地铁深基坑；支护结构；有限元
1.工程概况
某地铁站设置于城市主干路交叉路口下方，道路车流量极大。车站沿东西向布置，地势东高西低，基坑总长215.0m，标准段宽23.7m，平均深24.48m，基坑主要位于杂填土、中粗砂、卵石、强风化及中风化砂岩层中，地下水位于地表以下2.3m。基坑东侧为市政高架桥，距离基坑8.1m；基坑西北象限为6层砖混结构居民楼，距离基坑3.2m；西南象限为18层混凝土结构写字楼，距离基坑7.1m；东南象限为7.2m深在建楼盘基坑，距离车站基坑13.7m。
2.支护方案的选择与确定
综合车站施工环境和基坑深度的具体情况，结合经济性及可实施性，该项目基坑可采用钻孔咬合桩或地下连续墙支护结构。地连墙结构具有刚度大、墙体抗渗性好，采用地连墙方案能减少施工过程基坑变形及地下水渗漏对周边环境的影响。采用咬合桩则能在有效阻止地下水渗漏的前提下具有更强的施工灵活性，入岩后的施工效率更高且降低了支护结构配筋率具有良好的经济性。
经过一系列对比并参考了同类地质条件的施工项目，通过计算分析得出对钻孔桩桩径、桩间距和钢支撑分布进行调整，采用钻孔咬合桩在满足基坑及周边环境在施工过程中安全的同时极大降低了工程造价。
3.基坑支护的计算与设计
本文使用的有限元设计计算软件是midas XD，是一款针对基坑领域中的综合性设计软件，能提供建模、分析、设计、施工图、工程量统计等一体化整体解决方案，应用于各种复杂岩土工程项目的有限元分析。这款软件简单实用，用户只需在软件中输入对象的相关参数，就能帮助用户自行运算并生成有限元网格，用户可以根据自身需求对需要优化部分的网格进行再细分，以使得到的运算结果更加精确。
（1）土体模型
土是生物和非生物环境的一个极为复杂的复合体，这也反映在其特殊的力学行为上。土壤在受外力作用下，土体会发生弹性形变，当土体受力超越某一个临界值，其形变则不会恢复。本文所使用的计算模型是摩尔——库伦弹塑性模型。
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（2）摩尔——库伦模型屈服准则
其中；c为凝聚力，为摩擦角
（3）几何模型的建立
该基坑呈对称形状，根据基坑实际尺寸输入软件中进行建模。取基坑尺寸215.0m×23.7m×24.48m（长×宽×深）并考虑局部变截面处尺寸变化带来的基坑阳角。
（4）有限元网格的划分
midas XD软件具备自动划分网格的功能，使用比较方便。软件预设多种网格，主要采用四面体网格和六面体网格。采用六面体网格计算精度更高，对于复杂岩土环境而言，选择这种模式对于提高设计质量十分必要，但对于复杂结构采用六面体网格在划分网格计算时相对于四面体网格困难很多，因此计算过程需要花费的时间也是成倍增加。
（5）模拟方案
该模型的构建基于以下施工步骤。第一步基坑开挖至-2.8m处，在-2.0m处设置第一道钢支撑，第二步、第三步和第四步骤则分别在开挖至-10.05m、-16.85m和-21.65m米处时，在-9.25米、-16.05米和-20.85米处设置第二、第三、第四道钢支撑。
模型构建成功后，交由软件自动进行网格划分。由于在围护结构与土体接触时，会发生不可预估的受力和变形状况，所以需要对围护结构四周网格进行加密，以提高精准度。模拟基坑在施工过程中的开挖与钢支撑的设置过程，分步骤完成基坑施工全过程模拟。最后将土体、材料等相关参数输入，软件自动进行计算。
（6）结果分析
通过以上计算模型和材料参数，利用软件对基坑开挖和支护设置过程进行了数值模拟。分析可以得出，围护结构在基坑开始开挖就向基坑内侧发生形变。伴随基坑开挖的不断深入，围护结构也在不断产生水平方向上的位移，最大水平位移产生点也在逐渐下降。其最大位移量为18mm，位置处于基坑的-11m处。
通过计算可知采用的围护结构和相应的支撑体系，均满足整体稳定，变形及受力要求。根据弯矩及剪力计算结果，围护桩采用分段式配筋。
4.结论
本文通过对工程项目进行实证分析，从施工、设计等多个角度验证了地铁深基坑支护技术运用过程中产生的效果，利用midas XD岩土有限元计算软件对基坑支护结构进行模拟，从中分析得出围护结构的水平位移和受力情况，最终计算出最大内力的数值。复杂岩土环境的地铁深基坑支护施工前期，应该对地质勘察、环境调查工作和设计方案给予重视，反复推敲和研讨，才能够有效保证地铁深基坑施工的质量与安全。伴随城市化进程的不断加快，地铁深基坑项目不断增加，所要面临的土体情况也会更加多样和难以预测，复杂岩土环境下的基坑采用有限元分析能有效的辅助设计人员对基坑各部位有更深入的了解并采取针对性措施。
参考文献
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3.吴刚, 赵晨玲, 张晓静. 地铁保护技术措施在软土地区深基坑支护工程中的应用[J]. 中国水运(下半月)
论文作者:孙启东,
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷22期
论文发表时间:2020/3/10
标签：基坑论文; 网格论文; 结构论文; 岩土论文; 深基坑论文; 环境论文; 地铁论文; 《建筑实践》2019年38卷22期论文;