王龍

摘要：地鐵車站施工過程中，其圍護結構的變形情況會影響其穩(wěn)定性。以鄭州市至鞏義市域鐵路市政配套工程為研究對象，對其進行數(shù)值模擬，分析圍護樁施工過程水平位移變化規(guī)律，得出以下結論：基坑施工過程中，圍護結構上部受到現(xiàn)場施工條件、地下水、施工機械荷載等因素影響，而數(shù)值模擬為對地鐵車站基坑施工理想狀態(tài)下的計算，所以二者間得出的水平位移存在一定的差距，但其水平位移曲線變化趨勢基本一致，且不同工況下的最大水平位移差值小于5mm。采用數(shù)值模擬對圍護樁的水平位移進行計算，可行性較高。增大圍護樁的樁徑可有效降低其水平位移，提升結構的穩(wěn)定性，但當其樁徑較大時，其提升效果較不明顯。

關鍵詞：地鐵車站；圍護結構；水平位移；數(shù)值模擬

0? ?引言

圍護結構的變形及穩(wěn)定性對地鐵車站施工的安全性至關重要，近年來，許多專家學者針對地鐵車站圍護結構的受力及變形特性開展相關研究。

張玉庭等人[1]以某地鐵車站為研究對象，建立其三維數(shù)值模型，分析該車站圍護結構的位移及內(nèi)力變化情況，研究結果表明該車站的樁身最大位移為83.94mm。寧茂權等人[2]以某地鐵車站基坑工程為研究對象，基于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析該車站圍護結構的變形規(guī)律，研究結果表明，該車站圍護結構的最大位移出現(xiàn)在其結構中部。王正慶等人[3]建立地鐵車站基坑工程有限元模型，分析各因素對其圍護樁水平位移的影響規(guī)律，研究結果表明，基坑布置形式對其圍護樁水平位移的影響較大。明成銀等人[4]對某地鐵車站深基坑工程進行現(xiàn)場監(jiān)測，分析其圍護結構的受力及變形規(guī)律，研究結果表明，圍護方案對其結構的變形存在一定的影響。許樹生等人[5]以某地鐵車站為研究對象，采用FLAC3D軟件，分析地鐵車站施工工程下圍護結構的變形特性，研究結果表明，開挖深度與其地表沉降呈正相關關系。

本文以鄭州市至鞏義市域鐵路市政配套工程為研究對象，對其進行數(shù)值模擬，分析車站基坑施工過程中圍護樁水平位移變化規(guī)律，研究樁徑對其水平位移的影響。

1? ?工程概況

本研究以鄭州市至鞏義市域鐵路市政配套工程地下二層島式車站（雙停車線）為研究對象。該車站主體長516.7m，標準段基坑寬20.1m，深16.59m，擴大端基坑寬24m，深18m。

中心里程為DK6+885.189，起點里程DK6+456.389，終點里程DK6+973.089。車站標準段底板埋深16.59m，盾構井段底板埋深22.21m。

本車站為地下二層兩跨箱形框架式結構（局部兩層三跨），車站采用明挖法施工，基坑采用φ1000@1500圍護樁（局部加密）+內(nèi)支撐的支護型式，采用三道鋼支撐（局部加一道鋼支撐換撐）。車站兩端區(qū)間均采用盾構法施工，小里程端盾構接收、大里程端盾構始發(fā)。車站附屬采用明挖法施工。該地區(qū)的巖土物理力學參數(shù)如表1所示。

2? ?基坑圍護結構數(shù)值模擬

為分析地鐵車站施工過程中，其圍護樁的位移變化規(guī)律，采用有限元軟件對其水平位移進行計算。該地鐵車站的施工工序主要分為四步，分別對應四種工況。

工況一（第一步）：施工接地網(wǎng)、墊層、防水板、防水保護層、底板及部分側(cè)墻。

工況二（第二步）：待底板、側(cè)墻混凝土強度達到設計強度的85%，分段拆除第三道撐，施工地下二層側(cè)墻防水層及側(cè)墻、中隔墻、結構柱、中樓板梁、中樓板。

工況三（第三步）：待中板、側(cè)墻混凝土強度達到設計強度的85%，分段拆除第二道撐，施工地下一層側(cè)墻防水層、側(cè)墻、結構柱、頂板梁、頂板及壓頂梁，施工頂板防水層。

工況四（第四步）：待頂板、側(cè)墻混凝土強度達到設計強度的85%，分層回填至第一道鋼支撐下后，拆除第一道鋼支撐，分層回填頂板上覆土，施工內(nèi)部結構，完成車站主體結構。

3? ?變形規(guī)律分析

為分析施工過程中圍護樁的變形規(guī)律，采用有限元軟件，對地鐵車站的圍護樁水平位移進行計算。

3.1? ?不同工況下水平位移-深度曲線

3.1.1? ?工況一的水平位移-深度曲線

工況一的水平位移-深度曲線如圖1所示。由圖1可知，隨著深度的增大，圍護樁的水平位移模擬值呈先增大后減小的趨勢，但其曲線變化趨勢較為平緩，圍護樁水平位移監(jiān)測值與模擬值的變化趨勢具有一定的差異性。

隨著深度的增大，其水平位移逐漸減小。當深度較小時，圍護樁水平位移的模擬值與監(jiān)測值差值較大，且其最大差值為2.86mm，隨著深度的增大，二者間的差距逐漸減小。當深度小于12m時，圍護樁水平位移監(jiān)測值大于其模擬值，這是由于地鐵車站施工過程存在不穩(wěn)定因素，而數(shù)值模擬為對地鐵車站施工理想狀態(tài)下的計算，所以其位移較小。

3.1.2? ?工況二的水平位移-深度曲線

工況二的水平位移-深度曲線如圖2所示。由圖2可知，隨著樁深的增大，圍護樁的水平位移監(jiān)測值與模擬值均呈減小趨勢。當深度為0m時，其水平位移有最大值，模擬值與監(jiān)測值分別為3.87mm、4.03mm，說明在工況2下，圍護樁的變形主要發(fā)生于其樁頂。

當樁深較小時，水平位移模擬值的減小趨勢較為明顯。隨著深度的增大，當深度大于12m時，其水平位移-深度曲線變化趨勢較為平緩。而監(jiān)測值的水平位移在深度較小時變化趨勢較為平緩，當樁深大于8m時，其水平位移變化趨勢較為顯著。

對比工況一可得，工況二的最大水平位移為4.87mm，大于工況一的最大水平位移，說明隨著施工過程的進行，地鐵車站的圍護結構發(fā)生的變形逐漸增大。

3.1.3? ?工況三的水平位移-深度曲線

工況三的水平位移-深度曲線如圖3所示。由圖3可知，隨著深度的增大，圍護樁的水平位移呈先增大后減小的趨勢。當深度為8m時，圍護樁的水平位移模擬值與監(jiān)測值均存在最大值，其值分別為9.75mm、6.54mm。

對比工況一與工況二可得，工況三的水平位移-深度曲線的變化趨勢與以上兩種工況存在一定的差異性，工況一與工況二的最大水平位移集中于圍護樁樁頂，而工況三的最大水平位移集中于其中部。由此說明，隨著施工過程的進行，地鐵車站圍護樁的變形特性會發(fā)生一定的變化，其危險部位由圍護樁樁頂轉(zhuǎn)移至圍護樁中部。

3.1.4? ?工況四的水平位移-深度曲線

工況四的水平位移-深度曲線如圖4所示。由圖4可知，工況四的水平位移變化規(guī)律與工況三具有一致性，其水平位移-深度曲線呈拱型變化。當深度為8m時，工況四的水平位移有最大值，其模擬值與監(jiān)測值分別為10.68mm、8.73mm。

在工況四下，當深度小于12m時，圍護樁的水平位移較大，說明圍護樁的中上部發(fā)生的變形較大，此段的穩(wěn)定性較差，易發(fā)生破壞。

3.1.5? ?各工況綜合分析

綜合以上分析可得，各工況的水平位移監(jiān)測值與模擬值間存在一定的差距，且當深度小于12m時，二者間的差值尤為明顯。

分析認為，由于基坑開挖過程中，圍護結構上部受到現(xiàn)場施工條件、地下水、施工機械荷載等因素的影響，而數(shù)值模擬為對地鐵車站基坑施工理想狀態(tài)下的計算，所以二者間得出的水平位移存在一定的差距。但二者間的水平位移曲線變化趨勢基本一致，且不同工況下的最大水平位移差值小于5mm，為此采用數(shù)值模擬對圍護樁的水平位移進行計算可行性較高。

3.2? ?不同樁徑下水平位移-深度曲線

在實際工程中，圍護樁的變形情況常受到許多因素的影響，為分析圍護樁直徑對其變形情況的影響，計算得出不同樁徑下的圍護樁水平位移-深度曲線，如圖5所示。

由圖5可知，不同圍護樁直徑的樁深水平位移變化規(guī)律具有一致性，其水平位移與其樁徑呈正相關關系。當圍護樁的樁徑較小時，不同樁徑間的最大水平位移差距較大。其中，樁徑為0.6m與樁徑為0.8m的圍護樁最大水平位移差值為56mm。

隨著樁徑的增大，不同樁徑間的水平位移差距較不明顯。其中，樁徑為1.2m與樁徑為1.4m的圍護樁最大水平位移差值不足1mm，說明增大圍護樁的樁徑可有效降低其水平位移，提升結構的穩(wěn)定性，但當其樁徑較大時，其提升效果較不明顯。

4? ?結束語

本文以鄭州市至鞏義市域鐵路市政配套工程為研究對象，對其進行數(shù)值模擬，分析車站基坑施工過程中圍護樁水平位移變化規(guī)律，研究樁徑對其水平位移的影響，得出以下結論：

工況一下，隨著深度的增大，圍護樁的水平位移模擬值呈先增大后減小的趨勢，但其曲線變化趨勢較為平緩，圍護樁水平位移監(jiān)測值與模擬值的變化趨勢具有一定的差異性，隨著深度的增大，其水平位移逐漸減小。

工況一與工況二的最大水平位移集中于圍護樁樁頂，而工況三的最大水平位移集中于其中部，說明隨著施工過程的進行，地鐵車站圍護樁的變形特性會發(fā)生一定的變化，其危險部位由圍護樁樁頂轉(zhuǎn)移至圍護樁中部。

不同圍護樁直徑的樁深水平位移變化規(guī)律具有一致性，其水平位移與其樁徑呈正相關關系。當圍護樁的樁徑較小時，不同樁徑間的最大水平位移差距較大。增大圍護樁的樁徑可有效降低其水平位移，提升結構的穩(wěn)定性，但當其樁徑較大時，其提升效果較不明顯。

參考文獻

[1] 張玉庭，朱思儒.地鐵車站深基坑圍護結構穩(wěn)定性研究[J].房地產(chǎn)世界，2021（19）：20-22+34.

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