摘 要：以成都某臨近既有建筑物的地鐵工程為背景，采用有限元方法分析研究地鐵深基坑開挖全過程對臨近建筑物的影響，重點研究基坑圍護結構對基坑自身及臨近建筑物變形的影響，并對基坑開挖全過程進行監測。研究結果表明，基坑開挖卸載使周邊土層應力場發生變化，臨近建筑物向基坑一側發生變形;圍護樁樁間采用袖閥管注漿形成止水帷幕及內支撐采用鋼筋混凝土支撐，能有效控制基坑自身變形和臨近建筑物變形。

　　關鍵詞：地鐵;臨近建筑物;基坑開挖;圍護結構;內支撐

　　1 工程概況

　　成都某地鐵車站基坑深約16.7 m，周邊存在1幢6層磚混結構樓房，該建筑物基礎外邊緣距離車站基坑約7.34 m，處于車站基坑開挖的主影響區內。根據調查，此建筑物基礎座落在原魚塘回填土上，基礎埋深僅1.9 m，室內外有45°裂縫，形成原因復雜。經專業機構鑒定，該建筑物部分預制樓板拼縫開裂，部分墻體及樓梯梯板存在水平及斜向裂縫已影響到主體結構的安全，建議及時進行加固處理。由此可見，建筑物范圍內圍護結構方案的選擇尤為重要。地鐵車站與建筑物關系圖如圖1所示。

　　本場地位于成都平原區與龍泉山低山丘陵區過渡帶的成都東部臺地區，地貌單元屬于川西平原岷江水系Ⅲ級階地。區段內上覆第四系人工填土、黏土、粉質黏土、粉土、砂層，下伏基巖為白堊系上統灌口組(K2g)泥巖。

　　2 安全控制標準

　　2.1 地鐵基坑安全控制標準

　　該地鐵車站采用明挖法施工，基坑監測項目及控制標準應根據工程地質條件、水文條件、基坑圍護結構設計參數、基坑安全等級及當地工程經驗等確定。本站基坑安全等級為一級，結合JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》和GB 50911-2013《城市軌道交通工程監測技術規范》及成都地區深基坑設計及施工經驗，確定本站基坑圍護結構安全控制標準，如表1所示。

　　2.2 臨近建筑物安全控制標準

　　建筑物的監測項目控制值應在調查分析建筑物使用功能、建筑規模、修建年代、結構形式、基礎類型、地質條件的基礎上，結合其與工程的空間位置關系、已有變形及當地工程經驗進行確定。由于該建筑物為淺基礎的磚混結構，并經專業機構鑒定該房屋部分預制樓板拼縫開裂，部分墻體及樓梯梯板存在水平及斜向裂縫已影響到主體結構的安全，結合GB 50007-2011《建筑建筑地基基礎設計規范》和GB 50911-2013《城市軌道交通工程監測技術規范》從嚴制定該建筑物的安全控制標準，如表2所示。

　　3 基坑內支撐數值模擬

　　圍護結構方案選用成都地區常用的圍護樁加內支撐方案。為了阻擋上層滯水和軟塑黏土流向基坑，在建筑物一側基坑外側采用樁間袖閥管注漿，形成止水帷幕，同時在圍護樁與建筑物基礎之間預留第2排注漿孔，根據結構監測確定是否進行注漿。根據成都地鐵基坑支護經驗，本站橫斷面上采用3道支撐。本文主要針對內支撐形式進行方案選擇，對以下3個方案進行研究：方案1，3道內支撐全采用鋼支撐;方案2，第1道采用混凝土支撐，第2、第3道采用鋼支撐;方案3，第1、第2道采用混凝土支撐，第3道采用鋼支撐。通過數值模擬選取最優支撐方案。

　　3.1 模型建立

　　本項目采用三維有限元分析軟件MIDAS-GTS NX進行數值模擬計算分析。根據項目實際規模及圣維南原理，參考已有研究成果進行建模，車站基坑模型基本尺寸為97.5 m×95.4 m×36.8 m(方向x、y、z)。車站基坑周邊建筑物根據實際結構體系進行建模，并將每層裝修等荷載轉換成均布荷載施加在每層樓板上。車站梁柱、基坑圍護樁、冠梁、混凝土支撐、建筑物梁柱、建筑物條形基礎均采用1維梁單元模擬，鋼支撐采用1維桁架單元模擬，車站結構板墻、擋墻及建筑物板均采用2維板單元模擬，地層采用3維實體單元模擬。模型四周及底面采用固定邊界條件，頂面采用自由變形邊界條件，整體有限元模型和車站與建筑物的空間相對位置關系如圖2、圖3所示。

　　3.2 計算參數

　　車站主體結構(梁、板、柱、墻)、車站圍護結構(圍護樁、內支撐、擋墻、冠梁)、臨近建筑物主體結構(梁、板、柱)及臨近建筑物基礎均采用線彈性本構模型，地層采用修正摩爾-庫侖本構模型，地層和車站結構基本物理力學參數如表3所示。

　　3.3 模擬計算分析

　　3.3.1 圍護樁變形分析

　　施工完成后車站圍護樁y向水平位移云圖如圖4所示。由圖4可知，受臨近建筑物附加荷載影響，建筑物側圍護樁水平位移大于對側，且3個方案水平位移均滿足要求。

　　3個方案圍護樁最大水平位移對比見表4。由表4可知，圍護樁最大水平位移，方案1為-16.206 mm，方案2為-16.013 mm，方案3為-15.230 mm，方案2較方案1圍護樁最大水平位移降低比例較小，方案3降低較大，即第2道支撐采用混凝土支撐對圍護樁水平位移降低效應較明顯。

　　3.3.2 樁頂位移分析

　　整個施工過程中，選取各方案中樁頂水平位移最大點進行對比，如圖5所示。由圖5可知，3個方案樁頂水平位移均小于4 mm，滿足位移限值要求。

　　3個方案樁頂最大水平位移對比見表5。由表5可知樁頂最大水平位移，方案1為-3.994 mm，方案2為-3.796 mm，方案3為-3.450 mm，方案2較方案1樁頂最大水平位移降低比例較小，方案3降低較大，即第2道支撐采用混凝土支撐對樁頂水平位移降低效應較明顯。

　　3.3.3 臨近建筑物沉降分析

　　施工完成后臨近建筑物沉降云圖如圖6所示。由圖6可知，基坑開挖卸載使周邊土層應力場發生變化，臨近建筑物向基坑一側發生變形。方案1，建筑物最大沉降為11.396 mm，不滿足規范限值要求;方案2，由于第1道支撐基本與建筑物基礎位于同一標高處，第1道支撐采用混凝土支撐對建筑沉降影響較小;方案3，建筑物最大沉降為9.486 mm，即第2道支撐采用混凝土支撐建筑物最大沉降滿足規范限值要求。

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