建筑物的樁基設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，近接于該建筑物的地鐵施工極易造成其樁基變形、應(yīng)力集中，給建筑物的結(jié)構(gòu)正常使用帶來極大風(fēng)險(xiǎn)。文章依托金結(jié)余地鐵7號(hào)線螺螄灣北站—羊甫南站區(qū)間的中豪置業(yè)螺螄灣A2地塊消防站項(xiàng)目（以下簡稱“A2地塊”），應(yīng)用數(shù)值模擬方法，研究既有結(jié)構(gòu)樁基類型對(duì)抵抗近接地鐵區(qū)間擾動(dòng)的影響，為設(shè)計(jì)施工提供理論指導(dǎo)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)A2地塊訓(xùn)練塔原設(shè)計(jì)為兩段預(yù)制管樁，由于連接處與地鐵區(qū)間接近同一水平線，地鐵區(qū)間施工將對(duì)樁基造成較大擾動(dòng)，出現(xiàn)較大的水平變形與應(yīng)力集中，當(dāng)優(yōu)化為整體灌注樁后，該擾動(dòng)明顯減弱，滿足結(jié)構(gòu)安全需求。

地下工程; 樁基; 近接工程; 施工擾動(dòng)

U452.2+6?? A

[定稿日期]2021-06-17

[作者簡介]陳尤斌（1984～），男，本科，高級(jí)工程師，從事地鐵工程管理工作。

隨著城市地下空間的發(fā)展，越來越多的地鐵施工近接于各種構(gòu)建筑物，研究新建地鐵區(qū)間對(duì)周邊基坑、樁基等構(gòu)建筑物的影響時(shí)亟需解決的工程實(shí)際問題[1]。

淺埋地鐵施工一般在區(qū)間中心對(duì)應(yīng)的地表位置造成的沉降最大，由正上方中線向周邊逐漸減小[2]，習(xí)慣稱該沉降曲線為“沉降槽”。Loganathan等人[3]以工程實(shí)例為依托研究了隧道施工造成地層沉降的規(guī)律以及對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響。仇文革[4]在總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上將隧道近接施工分區(qū)按照影響由弱至強(qiáng)的順序，將施工影響區(qū)域劃分為“無影響區(qū)”“弱影響區(qū)”和“強(qiáng)影響區(qū)”。

同時(shí)，隧道施工過程中難以避免會(huì)造成周圍土體位移，當(dāng)土體的位移值過大就會(huì)影響到周圍土層中既有的樁基礎(chǔ)，進(jìn)而對(duì)上部的建筑或構(gòu)筑物產(chǎn)生影響[5]。盾構(gòu)掘進(jìn)會(huì)使周圍土體產(chǎn)生豎向位移和水平位移;當(dāng)土體的豎直方向的位移表現(xiàn)形式為沉降時(shí)，土體的變形會(huì)在樁身上產(chǎn)生負(fù)摩阻力，引起樁軸力的變化以及樁體沉降;當(dāng)土體豎向位移表現(xiàn)為向上隆起時(shí)，土體作用到樁側(cè)和樁端的向上作用力使樁軸力增加并且產(chǎn)生上升的趨勢，最終會(huì)導(dǎo)致樁基上部結(jié)構(gòu)受到不均勻反作用力和產(chǎn)生變形;土體的水平位移會(huì)引起隧道周圍的樁體產(chǎn)生向隧道中心變形的趨勢，導(dǎo)致樁身附加彎矩的產(chǎn)生和增加，使樁承載力受影響[6-7]。王占生在基于盾構(gòu)隧道施工對(duì)土體的影響規(guī)律進(jìn)一步通過理論分析的方法分析了隧道在鄰近樁基施工時(shí)對(duì)樁基的影響，并指出了如何減小樁基變形和控制樁內(nèi)力的有效途徑[8]。

本文依托昆明地鐵7號(hào)線螺螄灣北站—羊甫南站區(qū)間，該盾構(gòu)區(qū)間近接于螺獅灣A2地塊訓(xùn)練塔，最近水平距離9.279 m，通過數(shù)值模擬的手段研究地鐵開挖卸荷對(duì)既有地下結(jié)構(gòu)的影響，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)樁基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 工程概況

云南中豪置業(yè)螺螄灣A2地塊消防站項(xiàng)目（以下簡稱“A2地塊”）位于昆明市官渡區(qū)新螺螄灣國際商貿(mào)城片區(qū)，廣福路南側(cè)空地內(nèi)，平面形狀為一類似矩形的五邊形。螺螄灣北站為地鐵4、7號(hào)線換乘車站，其中4號(hào)線螺螄灣北站（運(yùn)營站位為廣衛(wèi)站）已建好并投入運(yùn)營，7號(hào)線螺螄灣北站處于規(guī)劃階段。A2地塊位于7號(hào)線螺螄灣北站大里程端頭，螺螄灣北站—羊甫南站區(qū)間從A2地塊正下方穿越。地理位置區(qū)域圖如圖1所示。

地鐵7號(hào)線功能定位為昆明市城市快速軌道交通重要的填充線，線路全長42.2 km，采用全地下線敷設(shè)。A2地塊位于7號(hào)線螺螄灣北站—羊甫南站區(qū)間，施工工法為盾構(gòu)法。

場地處于昆明盆地東部邊緣地帶，屬昆明斷陷盆地地貌單元。現(xiàn)狀為空地，地形較為平緩，地勢較為開闊。在勘察深度（約50 m）范圍內(nèi)，揭露的場區(qū)地層為上覆第四系人工填土層（Q4ml，①大層），第四系沖洪積黏性土層（Q4al+pl，②大層），下部為第四系湖積黏性土、粉土、有機(jī)質(zhì)黏土交替沉積層（Ql，③～④大層）。

2 近接關(guān)系

2.1 平面關(guān)系

區(qū)間隧道正穿A2地塊的綠化帶和籃球訓(xùn)練場，側(cè)穿A2地塊的訓(xùn)練塔。訓(xùn)練塔為地上5層結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用500 mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，有效樁長20 m，樁基外邊緣與區(qū)間隧道外邊緣平面距離范圍為9.279～9.554 m，平面關(guān)系如圖2所示。

2.2 剖面關(guān)系

區(qū)間隧道正穿A2地塊的綠化帶和籃球訓(xùn)練場，正穿區(qū)間隧道頂埋深約為7.7～8.2 m。訓(xùn)練塔為地上5層結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用500 mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，有效樁長20 m，分兩段壓入，區(qū)間隧道豎向上位于訓(xùn)練塔樁基腰部，訓(xùn)練塔樁基底位于區(qū)間隧道底以下約7.5 m。訓(xùn)練塔樁基分節(jié)接頭部位與隧道水平中心線，基本位于同一豎向標(biāo)高，剖面關(guān)系如圖3所示。

3 樁基類型數(shù)值分析

3.1 數(shù)值計(jì)算模型

本次計(jì)算采用大型通用有限元分析軟件，通過建立二維模型，分析A2地塊施工對(duì)地鐵7號(hào)線區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響。

結(jié)合地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的空間尺寸，為避免尺寸效應(yīng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的不利影響，擬定模型X方向（東西方向）取60 m，Z方向（深度方向）按實(shí)際地質(zhì)情況取30 m。土體采用實(shí)體單元模擬，區(qū)間結(jié)構(gòu)、樁基結(jié)構(gòu)、樓體采用板單元模擬，采用四面體網(wǎng)格，能夠得到較好的計(jì)算結(jié)果。土體采用基于莫爾庫倫準(zhǔn)則的彈塑性本構(gòu)模型，混凝土結(jié)構(gòu)采用彈性本構(gòu)模型，據(jù)實(shí)開展相關(guān)計(jì)算工作。模型圖如圖4所示，數(shù)值計(jì)算模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，圍巖物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。

3.2 數(shù)值模擬步驟

由于本計(jì)算主要分析盾構(gòu)區(qū)間施工對(duì)樓體及樁基的影響，因此設(shè)定施工步驟如下：初始應(yīng)力平衡—訓(xùn)練塔樁基施工—訓(xùn)練塔樓體施工—7號(hào)線左線隧道開挖（圍巖釋放率20 %）—7號(hào)線左線隧道管片（圍巖釋放率80 %）—7號(hào)線右線隧道開挖（圍巖釋放率20 %）—7號(hào)線右線隧道管片（圍巖釋放率80 %）。

3.3 影響結(jié)果與分析

在獲得初始應(yīng)力狀態(tài)后，后續(xù)的分步計(jì)算均建立在上一步計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，得到各施工階段對(duì)應(yīng)的增量。區(qū)間開挖有多個(gè)步驟，本章節(jié)僅展示地下室開挖終態(tài)與初始應(yīng)力狀態(tài)的對(duì)比。位移如圖5所示，彎矩如圖6所示。

由圖5及圖6可以看出，7號(hào)線地鐵區(qū)間的施工對(duì)既有A2地塊訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)的影響如下：

（1）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁基有下沉的趨勢，結(jié)構(gòu)最大下沉2.18 mm，最大位移位于靠近7號(hào)線區(qū)間一側(cè)，且由于樁基由兩段連接而成，存在一定的變形不均勻。

（2）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁基將發(fā)生水平向變形，具體為向地鐵7號(hào)線區(qū)間一側(cè)變形，最大變形8.52 mm。其中最大變形主要發(fā)生在靠近7號(hào)線右線區(qū)間同一水平位置的混凝土管樁連接處，存在位移突變，具有一定的施工風(fēng)險(xiǎn)。

（3）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁結(jié)構(gòu)在地鐵7號(hào)線施工中內(nèi)力有一定影響，正彎矩最大變化量約為8.01 %，負(fù)彎矩最大變化量約為1.23 %，正彎矩變化較大，且出現(xiàn)在管樁連接處。

3.4 樁基優(yōu)化分析

由上述分析計(jì)算可以看出，樁基在靠近地鐵區(qū)間一側(cè)會(huì)發(fā)生一定的變形與應(yīng)力集中，由于預(yù)制管樁兩段連接處與地鐵區(qū)間基本位于同一標(biāo)高水平線，圖5可以清晰的看出，豎向變形上下兩段樁基有明顯分界，水平變形在連接處有明顯地靠近地鐵區(qū)間一側(cè)變形，對(duì)訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

將兩段預(yù)制管樁更改為整體灌注樁，此時(shí)樁基將成為一整體，其他邊界條件與3.1節(jié)相同，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果置于圖7、圖8。

通過樁基優(yōu)化后的計(jì)算發(fā)現(xiàn)7號(hào)線地鐵區(qū)間的施工對(duì)既有A2地塊訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)的影響如下：

（1）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁基有下沉的趨勢，結(jié)構(gòu)最大下沉1.65 mm，最大位移位于靠近7號(hào)線區(qū)間一側(cè)，樁基變形連續(xù)，無不均勻變形出現(xiàn)。

（2）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁基將發(fā)生水平向變形，具體為向地鐵7號(hào)線區(qū)間一側(cè)變形，最大變形3.41 mm，較之前減小5.11 mm左右。

（3）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁結(jié)構(gòu)在地鐵7號(hào)線施工中內(nèi)力有一定影響，正彎矩最大變化量約為5.2 %，負(fù)彎矩最大變化量約為5.6 %。

4 結(jié)論

由于地鐵結(jié)構(gòu)與分段式預(yù)制管樁連接處在同一標(biāo)高水平線，地鐵7號(hào)線的施工對(duì)融創(chuàng)春風(fēng)十里A2地塊項(xiàng)目有一定影響，采用預(yù)制管樁時(shí)后續(xù)地鐵施工影響較大，建議采用整體的灌注樁進(jìn)行施工，優(yōu)化后地鐵施工對(duì)訓(xùn)練塔影響較小，滿足結(jié)構(gòu)安全需求。

參考文獻(xiàn)

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