胡治東，韋良文，2

（1.重慶交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，重慶400074；2.重慶交通大學(xué)山區(qū)橋梁與隧道工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，重慶400074）

1 引言

地鐵作為一種城市交通工具，不僅能給人們帶來方便快捷的出行，還能緩解城市的交通壓力，在能源存量日益減少的今天，地鐵更是一種環(huán)保出行的不二選擇。但地鐵車站及其區(qū)間段多位于人口密集區(qū)域，地鐵的施工不免會(huì)對(duì)鄰近建筑物造成影響。如何減小地鐵區(qū)間段以及車站施工對(duì)臨近構(gòu)筑物的變形影響便成了設(shè)計(jì)、施工時(shí)面臨的重要問題?；娱_挖施工時(shí)對(duì)臨近構(gòu)筑物的影響這一問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究［1～3］，李棟［4］等針對(duì)重慶軌道交通地鐵六號(hào)線花卉園到大龍山區(qū)間研究了在盾構(gòu)機(jī)開挖施工時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)荷載作用下，小凈距隧道的穩(wěn)定性；李志高［5］等研究了在上部基坑開挖施工時(shí)，對(duì)下跨隧道的變形控制方法。筆者以重慶軌道交通環(huán)線渝魯站至五里店站區(qū)間的明挖段項(xiàng)目為背景，采用數(shù)值分析方法對(duì)深基坑施工于鄰近橋墩以及下跨拱涵的變形影響特性進(jìn)行了分析。

2 工程概況

重慶軌道交通環(huán)線的渝魯站至五里店站區(qū)間明挖段，其西側(cè)為沖壓廠高架橋，其東側(cè)為慶業(yè)九寨及其魯能星城等居民住宅區(qū)。工程場(chǎng)地位于構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，外露地層參數(shù)由上自下分別為：第四系全新統(tǒng)填土層（Q4ml），殘坡積層（Q4el＋dl），侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）沉積巖層。沿線的主要地下水源來自基巖裂隙水及第四系松散層的孔隙水。明挖段設(shè)計(jì)起訖里程YDK22＋946.403～YDK23＋356.500，在回填土層采用放坡支護(hù)，本次分析選取西鄰沖壓廠高架橋及下跨排水拱涵的放坡支護(hù)段。

基坑開挖放坡邊緣最近距西側(cè)高架橋橋墩2m，基底距下跨排水拱涵最小為1.1m。開挖邊坡采用錨噴支護(hù)，支護(hù)參數(shù)為：R42錨桿L＝10m＠1.2m＊1.2m，0.2 m厚噴射混凝土。放坡典型橫斷面（適用于YDK22＋076.9520～YDK＋152.3840）見圖1。

圖1 基坑橫斷面

3 數(shù)值計(jì)算及結(jié)果分析

3.1 計(jì)算模型

采用ANSYS軟件進(jìn)行計(jì)算，模型長(zhǎng)100m，寬100m，高度60m。地鐵開挖基坑西側(cè)為沖壓廠高架橋橋墩，從南往北分別為9＃、10＃、11＃橋墩，墩底擴(kuò)大基礎(chǔ)均嵌入基巖，橋墩直徑為2m。在開挖基坑下、靠近11＃橋墩基礎(chǔ)橫跨排水拱涵，見圖2。

圖2 有限元模型

3.2 計(jì)算條件

工程場(chǎng)地施加20kPa地面超載，墩頂支座施加5270KN集中荷載。材料物理力學(xué)參數(shù)見表1。模型通過殺死不同數(shù)量的單元來模擬不同開挖進(jìn)尺對(duì)橋墩及排水拱涵的影響。

表1 材料參數(shù)

3.3 計(jì)算結(jié)果

通過有限元模型不同進(jìn)尺開挖模擬地鐵基坑施工過程對(duì)鄰近橋墩及排水拱涵的影響。25m開挖進(jìn)尺共7個(gè)施工步，50m開挖進(jìn)尺共8個(gè)施工步，不同開挖進(jìn)尺模型見圖3、圖4。

圖3 25m開挖進(jìn)尺

圖4 50m開挖進(jìn)尺

3.3.1 位移分析

經(jīng)計(jì)算，隨著基坑開挖深度增加，西側(cè)橋墩及其基礎(chǔ)的豎向位移逐漸增加，而基坑不同的開挖進(jìn)尺對(duì)豎向位移的影響亦不同。水平開挖進(jìn)尺為50m時(shí)，11＃橋墩基底、墩頂最大豎向位移分別為7.17mm、6.57mm；開挖進(jìn)尺為25m時(shí)，11＃橋墩基底、墩頂最大豎向位移分別為6.65mm、6.15mm。不同計(jì)算步時(shí)的位移變化曲線見圖5、圖6。

圖5 11＃橋墩基底豎向位移曲線

圖6 11＃橋墩墩頂豎向位移曲線

不同開挖進(jìn)尺對(duì)10＃橋墩橫向位移曲線見圖7。在基坑開挖過程中，10＃橋墩向基坑方向偏移量逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定。50m開挖進(jìn)尺最大偏移量為18.81 mm，25m開挖進(jìn)尺最大偏移量為14.96mm。

圖7 10＃橋墩墩頂橫向位移曲線

基坑開挖后，由于基底應(yīng)力釋放，導(dǎo)致下跨排水拱涵產(chǎn)生豎向位移，基底正下方拱頂位移值最大。不同開挖進(jìn)尺開挖后拱涵的豎向位移見圖8、圖9，50m開挖進(jìn)尺開挖后拱涵最大豎向位移值為18.75mm，25m開挖進(jìn)尺開挖后拱涵最大豎向位移值為17.45mm，見圖10。

圖8 50m進(jìn)尺開挖拱涵豎向位移

圖9 25m進(jìn)尺開挖拱涵豎向位移

圖10 排水拱涵豎向位移曲線

對(duì)比分析不同開挖進(jìn)尺對(duì)橋墩及排水拱涵的位移影響可知，小進(jìn)尺開挖位移量均小于大進(jìn)尺開挖位移量，對(duì)鄰近結(jié)構(gòu)較大進(jìn)尺開挖有利，說明深基坑施工中采用較小的施工進(jìn)尺對(duì)臨近構(gòu)筑物的位移、變形有一定的控制效果。

3.3.2 應(yīng)變分析

對(duì)比分析不同開挖進(jìn)尺開挖基坑后橋墩及拱涵的第一主應(yīng)變區(qū)域大小可知，25m開挖進(jìn)尺開挖基坑后橋墩及拱涵的應(yīng)變區(qū)域略小于50m開挖進(jìn)尺，表明小進(jìn)尺開挖對(duì)應(yīng)變也有一定控制作用，但作用不明顯，見圖11、圖12。

圖11 不同開挖進(jìn)尺橋墩第1主應(yīng)變

4 結(jié)論

通過有限元軟件ANSYS分析研究不同水平施工進(jìn)尺開挖深基坑對(duì)鄰近橋墩及排水拱涵影響特性得到如下結(jié)論。

圖12 不同開挖進(jìn)尺拱涵第1主應(yīng)變

（1）基坑施工過程中不同水平進(jìn)尺開挖對(duì)鄰近橋墩及排水拱涵的位移有不同影響。小進(jìn)尺開挖可以有效降低對(duì)臨近構(gòu)筑物的位移作用。

（2）隨著基坑開挖深度的增加排水拱涵上部應(yīng)力逐漸釋放，基坑正下方拱涵拱頂上凸，對(duì)結(jié)構(gòu)不利。

（3）不同的開挖進(jìn)尺開挖后對(duì)鄰近結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變場(chǎng)不同，小進(jìn)尺開挖較為有利。

［1］吳 波，高 波.地鐵區(qū)間隧道施工對(duì)鄰近管線影響的三維數(shù)值模擬［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，12（2）：2451～2456.

［2］朱士云，候愛民，潘建華，等.地鐵隧道正上方建筑物淺基礎(chǔ)基坑施工技術(shù)［J］.建筑科技，2009，2（2）：102～105.

［3］李龍劍，楊宏偉.基坑開挖對(duì)臨近橋梁樁基的影響分析［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011（12）：1697～1701.

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