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摘要：本文以新建温州市域铁路S1线永强站~机场站段深基坑为研究对象，分析高层建筑近接施工对铁路深基坑地下连续墙结构位移及变形的影响。研究表明高层建筑基坑及结构的施工对铁路深基坑连续墙上部的位移影响小；铁路基坑连续墙的变形主要受周边围岩深部位移场的影响，靠近高层建筑侧的连续墙坑底至深部的水平位移先逐渐减小后反向增大，变形呈反扭状特征；而远离高层建筑侧的连续墙坑底至深部的水平位移逐渐增大，连续墙桩底的位移最大。铁路基坑连续墙的位移满足相关规范变形控制值的要求。
关键词：基坑；近接；高层建筑；力学行为
1 引 言
随着我国城市化进程的不断推进，地下空间的利用率不断加大，地表、地形建筑物密集，工程结构之间的近接施工越来常见，近接工程对既有结构的变形控制要求越来越严格，尤其是东部沿海软土地层的近接施工变形控制困难，易诱发基坑围护结构或围岩的失稳，危及施工安全。
对此，国内外学者做了大量的研究，郭典塔、周翠英[1]依托广州地区某邻近运营地铁车站的基坑工程，使用数值分析方法，研究了基坑与车站间隔距离、基坑开挖深度等参数变化情况下，地铁车站结构的变形规律及振动响应特性，提出了控制车站结构变形的技术措施。
李洪庆、陈佳玮[2]以深圳地铁11号线前海湾站为工程背景，利用 FLAC对有无既有车站的工况进行对比模拟分析，提出基坑开挖1倍深度围内为强影响区，2倍深度范围内为弱影响区，超过2倍深度范围为无影响区；既有地铁车站对深基坑开挖有遮拦作用；基坑周围强影响区范围内结构因沉降和隆起双重作用表现出沉降、朝向基坑侧移和背向基坑倾斜的变形趋势。
郭典塔等[3]结合某广场基坑工程实践，采用三维数值模拟手段，分析近接隧道基坑开挖施工力学特征，探讨基坑开挖对盾构隧道结构变形的影响，以及基坑开挖过程中，地铁列车振动对基坑施工力学行为的影响，揭示基坑与隧道之间的静动力学相互作用机理。
桂常林[4]以与深圳地铁5号线和1号线前海湾车站群平行换乘的11号线前海湾站车站基坑施工为工程背景，采用数值模拟方法，对工程明挖段一个砼支撑标准断面进行了时空效应分析。研究结果表明，空间效应中的横向分段数和竖向分层数都与桩最大位移、地表沉降最大值和支撑轴力等呈指数衰减关系。
张国亮等[5]依托深圳地铁5号线前海湾站基坑工程和与其相邻的1 号线鲤鱼门车站工程，采用 FLAC3D 有限差分软件，计算分析施工过程中前海湾站新基坑围护结构与鲤鱼门车站既有主体结构的受力变形情况。研究结果表明，既有鲤鱼门车站的存在对新基坑的开挖较为有利，可减小鲤鱼门站同侧的桩体变形和钢支撑轴力；而新基坑开挖会使既有车站结构产生位移和一定转动，对既有车站的稳定和安全性影响较小。
本文以新建温州市域铁路S1线永强站~机场站段深基坑为研究对象，分析软土地层高层建筑近接施工对铁路深基坑地下连续墙结构位移及变形的影响。为设计提供理论依据，为类似工程提供借鉴。
2 工程概况
新建铁路深基坑为温州市域铁路S1线永强站~机场站段基坑，基坑线间距6.5m，基坑埋深约5m，开挖深度14m，开挖宽度12.4m。采用明挖法施工。
图1 铁路深基坑横断面（单位：cm）
铁路深基坑典型横断面如图1所示。围护结构采用C35钢筋砼地下连续墙，墙厚0.8m，主体结构采用矩形框架梁结构。基坑第一道支撑采用C30补偿收缩钢筋混凝土支撑，截面尺寸0.8m*0.6m，纵向间距6m；第二、三道支撑采用钢支撑（Φ800，钢管壁厚t=16mm），纵向间距3m；基底软土采用Φ650三轴搅拌桩进行加固。
基坑降水采用坑内井点降水方案，围护结构插入隔水的粘土层，围护结构外设止水帷幕，隔断基坑内外的水力联系。
既有高层建筑位于温州市永兴街道小塘村，建筑高度37.6m，地上12层，地下1层；框架-剪力墙结构，下部基础采用桩基，桩基桩径为0.6m，桩长分别为67m。
高程建筑基坑深4.5m，长90m，宽35m。西侧采用水泥土重力式挡墙支护，为五排！600@500单轴水泥搅拌桩加固，厚度2.6m，长度8.9~10.8m；北侧及南侧采用SMW工法桩支护，长度为12m、18m，为三轴水泥搅拌桩!650@450，型钢为H500*300*11*18，型钢间距0.9m；西侧采用钢管土钉支护，80cm厚C20喷射砼，内配!8@200*200钢筋网片，锚管长10m；坑底被动区加固采用普通水泥搅拌桩。
图2 铁路深基坑与高程建筑平面关系（单位：m）
铁路深基坑边缘与安置房屋基坑净间距最小为27m。铁路深基坑位于淤泥、淤泥质粘土、粉质黏土、圆砾土中，工程地质剖面图见图3，地层力学参数见表1。
表1力学参数表
图3 铁路深基坑与高层建筑基坑工程地质剖面图
3 计算模型
计算采用FLAC3D三维建模，摩尔库伦本构模型。计算模型中取基坑长宽的最大值为计算长宽。模型横向宽度约196m，纵向长度70m，底部边界距离基坑顶部101m，上部取自地表面。计算模型总计990006个节点，240975个单元。计算模型图见图4所示。
图4 计算模型
围岩、建筑房屋底板、桩基、SMW工法桩、重力式挡墙支护，铁路基坑地下连续墙、围护结构采用实体单元模拟，铁路基坑横撑采用梁单元模拟。
根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）、《高层建筑结构荷载》相关荷载计算规定，建筑结构荷载取值如下：
1）建筑总荷载
目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量大约为12~14kN/m2，根据规划总平面图，建筑基础总荷载为：
Q=5000×14=70000 kN
2）单桩计算荷载
总计52根桩基，故单桩承载力为1350kN。
3）地下室车库荷载
按4.0kN/m2均布荷载考虑。
4 计算结果
近接工程施工工序为：主要分析高层建筑施工对铁路深基坑工程的影响，考虑铁路深基坑开挖完成但主体结构还未施作而高层建筑开始其基坑施工这一最不利情况工况，数值模拟步序如下：
1.施作铁路基坑地下连续墙，搅拌桩加固底部土体；2.铁路基坑分3部开挖，逐一施作三道钢支撑；3.建筑基坑分4部开挖，逐一施作土钉墙支护；4.施加建筑桩基及荷载；5.施作铁路基坑围护结构底板；6.铁路基坑钢支撑换撑，拆除第三道钢支撑并施工主体结构至换撑处；7.拆除铁路基坑第二道钢支撑，施工剩余主体结构；8.拆除铁路基坑顶部混凝土支撑并回填顶部土体。
4.1 铁路深基坑连续墙变形分析
铁路深基坑开挖完成但主体结构尚未施工时，围岩及地下连续墙位移如图4~5所示。
图9 高层建筑施工过程中铁路基坑右侧连续墙的位移随深度变化图
图10铁路基坑底部处连续墙水平位移随施工工序变化图
由图10可知，在高层建筑基坑施工前，铁路基坑底部处连续墙的水平方向位移为12.2mm，且左右对称。随着高层建筑基坑的逐渐开挖，铁路基坑底部处左侧连续墙的水平位移由12.2逐渐减小到3.9mm，铁路基坑底部处右侧连续墙的水平位移由12.2逐渐增加到20.0mm。铁路基坑拆撑、换撑及主体结构施工过程中，基坑底部处左右连续墙的水平位移趋于稳定，左右侧连续墙的最终水平位移分别为1.0mm和21.2mm。
5 结论
通过前面的分析可以得出以下结论：
（1）在软弱地层中，开挖后基坑底部的隆起较大，基坑开挖前应注意加强对底部的预加固，以减小坑底隆起。
（2）铁路基坑自身施工过程中，连续墙的水平位移随着埋深的增加最近增大，在基坑坑底处达到最大，然后逐渐减小，且左右连续墙的变形是对称的。
（3）高层建筑基坑及结构的施工对铁路基坑连续墙上部的位移影响小。铁路基坑连续墙的变形主要受周边围岩深部位移场的影响，靠近高层建筑侧的连续墙坑底至深部的水平位移先逐渐减小后反向增大，变形呈反扭状特征；而远离高层建筑侧的连续墙坑底至深部的水平位移逐渐增大，连续墙桩底的位移最大。铁路基坑连续墙的位移满足相关规范变形控制值的要求。
（4）铁路基坑拆撑、换撑及主体结构施工过程中，左右连续墙的竖向位移趋于稳定，基坑顶部土体回填后，左右侧连续墙墙顶竖向位移大幅减小。
参考文献:
[1]郭典塔, 周翠英. 基坑开挖对近接地铁车站的影响规律研究[J].现代隧道技术.2015,52(1):154-161.(Influence of Foundation Pit Excavation Approaching a Metro Station [J]. Modern Tunnelling Technology. 2015,52(1):154-161.)
[2]李洪庆, 陈佳玮. 海积软土地层平行近接深基坑施工相互影响分析[J].广东土木与建筑. 2007,6(3):62-65.(Research on Interaction Effects of Deep Foundation Pit Excavation and Parallel Adjacent Stations in Marine Soft Soil Stratigraphy[J]. GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING. 2007,6(3):62-65)
[3]郭典塔, 周翠英, 谢琳. 近接地铁隧道基坑开挖静动力学行为研究[J].铁道科学与工程学报.2015,2(12):309-401.(Research on static and dynamic performance of the foundation pit excavation adjacent to subway tunnels[J]. Journal of Railway Science and Engineering .2015,2(12):309-401.)
[4]桂常林. 填海淤泥地层近接大型地铁车站深基坑施工稳定性研究[D].中国矿业大学.2014. (Study on the Stability of Construction for Deep Foundation Pit beside the Existing Subway Stations in Mulk Layer [D]. China University of Mining and Technology.2014.)
[5]张国亮, 韩雪峰, 李元海刘庆方. 新建地铁站基坑与既有车站结构间相互影响的数值分析[J].隧道建设.2011, 3(31): 284-288. (Numerical Simulation on Interaction between New Foundation Pit and Existing Metro Station[J]. Tunnel Construction. 2011, 3(31): 284-288.)
论文作者:唐思聪
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/13
标签：基坑论文; 位移论文; 铁路论文; 结构论文; 深基坑论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 《防护工程》2019年16期论文;