陳浩 宗振宇

【摘? ? 要】：針對坑蓋挖逆作地鐵深基坑與地上結(jié)建建筑同步施工問題，通過有限元數(shù)值分析方法，分析施工過程圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑主體結(jié)構(gòu)受力變形情況。計(jì)算結(jié)果可知，基坑地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)與上部建筑地下結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)間差異沉降未超過規(guī)范控制值，地下一層頂板結(jié)構(gòu)應(yīng)力未超過混凝土結(jié)構(gòu)允許應(yīng)力，結(jié)構(gòu)受力可靠。

【關(guān)鍵詞】：蓋挖逆作；地鐵；深基坑；同步施工

【中圖分類號】：TU753【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）03-27-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.009

Structural Deformation Analysis of Metro? Synchronous Construction of

Aboveground Buildings

CHEN Hao，ZONG Zhenyu

（Tianjin Underground Railway Group Co. LTD.，Tianjin 300011，China）

【Abstract】：In view of the synchronous construction of deep foundation pit cover excavation and overground construction， by the finite element numerical analysis method， the paper analyzes envelope structure during construction and the stress deformation of building main structure . The calculation results show that settlement difference between the foundation pit underground envelope structure and the pile foundation of the underground structure of the superstructure does not exceed the code control value， the structural stress of the underground roof does not exceed the allowable stress of the concrete structure， and the structural stress is reliable.

【Key words】：cover and cut-top down; metro; deep fundation pit; synchronous construction

城市地下工程施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法。綜合考慮周邊環(huán)境和路面交通影響，蓋挖逆作法具有過程地層沉降較小，對地面周邊環(huán)境和交通影響較小，工期較長特點(diǎn)。目前國內(nèi)對蓋挖逆作法施工過程結(jié)構(gòu)強(qiáng)化措施的可靠性分析不足[1～8]；而超深基坑蓋挖逆作法地下結(jié)構(gòu)與高層建筑同步施工的工程國內(nèi)罕見。本文通過有限元分析，結(jié)合規(guī)范要求，對施工過程圍護(hù)差異沉降變化和上下結(jié)構(gòu)受力變化進(jìn)行分析，論證蓋挖逆作與地上建筑同步施工的可靠性。

1 工程概況

北京地鐵16號線和10號線的換乘車站蘇州街站一體化棚戶區(qū)改造項(xiàng)目為兩線地鐵換成通道與地上棚改還遷房共建。見圖1。

地下共5層，1～4層為住宅設(shè)備機(jī)房及地下車庫，5層為地鐵設(shè)備用房及地鐵換乘廳。地上22層（局部23層），1～2層為配套商業(yè)，3～22（23）層為住宅，建筑高度78.5 m。地下5層與地鐵16號線站廳層及出入口為同一標(biāo)高，地下3層與地鐵10號線站廳層及出入口為同一標(biāo)高，16號線與10號線通過地下5層換乘廳進(jìn)行換乘。

綜合考慮場地條件、風(fēng)險(xiǎn)控制、工程投資，結(jié)合工程質(zhì)量控制和工期因素，采用蓋挖逆作法施工。迫于工期壓力，上下建筑同步逆作施工。地下為框架結(jié)構(gòu)，圍護(hù)為地下連續(xù)墻與樁基礎(chǔ)、蓋挖鋼管柱（框架結(jié)構(gòu)柱），局部設(shè)計(jì)核心筒。地上為剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 蓋挖逆作同步施工數(shù)值分析

重點(diǎn)分析基坑施工、地下和地上建筑施工對核心筒地下連續(xù)墻和樁基、建筑主體結(jié)構(gòu)的影響[7]。

2.1 分析思路

1）確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁基和主體結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)。

2）建立地層-結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)設(shè)計(jì)荷載、地勘參數(shù)和實(shí)際邊界條件進(jìn)行施工全過程計(jì)算。

3）分析計(jì)算結(jié)果，與控制指標(biāo)進(jìn)行對比，確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁基和主體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

采用Midas GTS NX有限元軟件，建立三維地層-結(jié)構(gòu)模型。周圍土體、地下連續(xù)墻采用實(shí)體單元，核心筒和內(nèi)部結(jié)構(gòu)（板、剪力墻）采用板單元，結(jié)構(gòu)柱、梁和樁采用樁單元和梁單元[4]。見圖2-圖4。

2.2 計(jì)算步序

將施工中梁上線荷載和板上面荷載換算成恒荷載與活荷載的組合荷載，施加到有限元相關(guān)梁板單元，全面考慮施工期間結(jié)構(gòu)承受荷載情況。

地下結(jié)構(gòu)核心筒按照圍護(hù)墻（地下連續(xù)墻）厚度800 mm、鋼筋籠按照圍護(hù)墻厚度500 mm施作，混凝土保護(hù)層厚度過大，因此在施工過程中，將核心筒厚度鑿薄至500 mm，施工一層，鑿薄一層。

工序如下：第一步開始施作核心筒地下連續(xù)墻；第二步核心筒地下連續(xù)墻施工完畢后，開始進(jìn)行一樁一柱施工；第三步明挖地下第1步土方，施作地下一層頂板；第四步施作地下第2層頂板、地下2層開挖、施作到地上結(jié)構(gòu)5層；第五步施作地下第3層頂板，施作到地上結(jié)構(gòu)8層；第六步地下3層開挖，施作地下4層頂板，施作地上結(jié)構(gòu)10層；第七步地下4層開挖，施作地下5層頂板，施作到地上結(jié)構(gòu)15層；第八步地下5層開挖，地下5層底板澆筑；第九步施作地上結(jié)構(gòu)16、17層，鑿薄地下5層核心筒；第十步施作地上結(jié)構(gòu)18、19層，鑿薄地下4層核心筒；第十一步施作地上結(jié)構(gòu)20、21層，鑿薄地下3層核心筒；第十二步施作地上結(jié)構(gòu)22、23層，鑿薄地下2層核心筒；第十三步鑿薄地下1層核心筒。

3 結(jié)果分析

3.1 地下樁基礎(chǔ)與地下連續(xù)墻沉降分析

隨著基坑開挖同步施工，地下連續(xù)墻和樁基沉降增大，兩者差異沉降在地下5層頂板施工后增大明顯。樁基礎(chǔ)豎向沉降10.5 mm、地下連續(xù)墻豎向沉降7.91 mm（其中包含了地基基礎(chǔ)沉降帶來的一部分位移），樁基沉降超過地下連續(xù)墻沉降，考慮為地上結(jié)構(gòu)施工，地上整體荷載進(jìn)一步增大。見圖5。

在基礎(chǔ)底板施工之前，相鄰支承柱與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間的差異變形不宜大于1/400柱距且≯20 mm[5]。位移最大、最不利的鋼管柱距為6 500/400=16.25，本工程最大沉降差2.59 mm＜16.25 mm。

3.2 地下鋼管柱與核心筒地下連續(xù)墻沉降分析

隨著基坑開挖同步施工，核心筒和鋼管柱沉降增大，在地下5層頂板施工后兩者差異沉降平穩(wěn)。見圖6。

對比不鑿薄核心筒，鑿薄對結(jié)構(gòu)影響不甚明顯。見圖7。

施工結(jié)束，鋼管柱豎向變形為18.8 mm、核心筒地下連續(xù)墻豎向變形為14.0 mm（包括地基基礎(chǔ)沉降帶來的一部分位移）。位移最大、最不利的鋼管柱距為5 650/400=14.125，本工程最大沉降差4.8 mm＜14.125 mm。

地下核心筒與地下鋼管柱差異沉降平穩(wěn)，地下一層頂板的應(yīng)力為建筑受力最大的板，故對其進(jìn)行拉壓應(yīng)力分析。隨著同步施工，頂板拉壓應(yīng)力均逐漸增大，核心筒鑿薄結(jié)束后，地下一層頂板最大拉應(yīng)力為26.1 MPa，小于鋼筋抗拉強(qiáng)度；最小壓應(yīng)力為24.5 MPa，小于板材料C50混凝土抗壓強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)受力滿足要求。見表1。

4 結(jié)論

在城市繁華地區(qū)地鐵及上蓋結(jié)構(gòu)施工，迫于工期壓力，采用蓋挖逆作法上下結(jié)構(gòu)同步施工可大大縮短工期，有利于節(jié)省工程成本；蓋挖逆作上下結(jié)構(gòu)同步施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)之間差異沉降及高程核心筒與地下結(jié)構(gòu)柱支撐之間差異沉降隨著施工推進(jìn)逐漸增大，在地下結(jié)構(gòu)施工完成，地上結(jié)構(gòu)施作15層時(shí)，差異沉降增大明顯，需加強(qiáng)施工措施控制，直到施工全部完成，差異沉降未超規(guī)范控制值，施工過程地下一層頂板結(jié)構(gòu)應(yīng)力未超過混凝土結(jié)構(gòu)允許應(yīng)力；因此，在城市繁華地區(qū)蓋挖逆作上下結(jié)構(gòu)同步施工不失為一種高效安全的工法。

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