姬彥雷

（河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì)，河南 鄭州450000）

本文圍繞地鐵深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形展開研究[1]，采用有限差分?jǐn)?shù)值方法對基坑倒換支撐進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并進(jìn)行基坑穩(wěn)定性分析[2～5]，通過對各工況下基坑變形模擬分析，以驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性和可行性，以供工程施工參考。

1 工程概況

鄭州某地鐵線路包含明挖標(biāo)準(zhǔn)段和明挖下沉段及盾構(gòu)區(qū)間、地鐵車站等，地層以粉土、粉砂為主，其中下沉段原設(shè)計(jì)方案中施工倒換支撐選用φ609t=16 間距3.0m 布置，考慮到采用該型號(hào)倒換支撐容易造成施工空間狹小，施工極為不便，建議優(yōu)化設(shè)計(jì)為φ200 t=5 鋼管支撐1.5m 布置方案。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，通過數(shù)值模擬分析驗(yàn)算優(yōu)化后的基坑穩(wěn)定性。其中冠梁頂面距地面距離h取2.0m，鋼支撐預(yù)加軸力取0.5 倍標(biāo)準(zhǔn)值。

2 模型建立

結(jié)合實(shí)際工程情況及研究重點(diǎn)綜合考慮，數(shù)值模型水平方向邊界取1.5 倍基坑開挖深度，豎直方向邊界取2.5 倍基坑開挖深度?；娱_挖深度26.95m，模型尺寸為建立模型的尺寸為99.3m（X）×6.0m（Y）×94.0m（Z），建立模型如圖1 所示。

圖1 下沉段基坑支護(hù)數(shù)值模型

3 參數(shù)選取

各土層計(jì)算參數(shù)如表1 所示。由于基坑開挖前地下水已降低至基坑底部0.5m 以下，并實(shí)時(shí)監(jiān)測，因此本次數(shù)值分析不考慮地下水對基坑的影響。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

4 計(jì)算結(jié)果分析

標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖采用分步開挖順序進(jìn)行，基坑邊界2.0m 外考慮20kPa 均布荷載影響，主體結(jié)構(gòu)采用順作法施工，每層開挖至支撐位置下0.5m，進(jìn)行內(nèi)支撐施工。本文重點(diǎn)分析優(yōu)化后的倒換支撐施工前后及盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)施工完成基坑穩(wěn)定性，因此暫不考慮開挖過程基坑變形情況，倒換支撐施工各工況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形及內(nèi)支撐軸力大小計(jì)算結(jié)果如圖2～6 所示，具體分析如下。

圖2 工況1 坑底攪拌樁及C20 砼墊層施工完成

圖2 中，圍護(hù)樁水平位移變化最大值位于下部約1/3 位置，分別為3.10mm 和-2.55mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（≤0.2%H 且≤30mm）。內(nèi)支撐軸力最大值為245.3kN，未超過設(shè)計(jì)軸力3108kN 的80%，因此基坑穩(wěn)定。

圖3 工況2 主體結(jié)構(gòu)第一次施工完成

圖3 中，基坑水平位移最大值位于基底坑角位置，分別為2.36mm 和-1.71mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（≤0.2%H 且≤30mm）。內(nèi)支撐軸力最大值為451.3kN，未超過設(shè)計(jì)軸力3312kN 的80%，因此基坑穩(wěn)定。

圖4 工況3 主體結(jié)構(gòu)第二次施工完成

圖4 中，拆除第四道鋼支撐，繼續(xù)施工主體結(jié)構(gòu)，基坑水平位移變化最大值位于基坑底部坑角位置，分別為2.39mm 和-1.66mm遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（≤0.2%H 且≤30mm）。內(nèi)支撐軸力最大值為239.9kN，未超過設(shè)計(jì)軸力3108kN 的80%，因此基坑穩(wěn)定。

圖5 工況4 主體結(jié)構(gòu)施工完成

圖6 工況5 回填施工完成

圖5 中，施做倒換支撐，并拆除第三道鋼支撐，繼續(xù)施工主體結(jié)構(gòu)至完成，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行基坑回填，基坑水平位移變化最大值仍位于基坑底部坑角位置，分別為2.34mm 和-1.55mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（≤0.2%H 且≤30mm）。內(nèi)支撐軸力最大值為71.72kN，未超過設(shè)計(jì)軸力2521kN 的80%，因此基坑穩(wěn)定。

圖6 中，主體結(jié)構(gòu)及回填全部完成，基坑水平位移變化最大值位于基坑頂部坑邊位置，分別為1.92mm 和-1.71mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（≤0.2%H 且≤30mm）。倒換支撐軸力最大值為16.9kN，未超過設(shè)計(jì)軸力2754kN 的80%，因此基坑穩(wěn)定，下一步可拆除倒換支撐，施工結(jié)束。

5 結(jié)論

通過上述分析，盾構(gòu)下沉段采用φ200@1500 t=5 鋼倒換支撐能夠滿足基坑變形設(shè)計(jì)要求，可確保整個(gè)施工過程基坑穩(wěn)定，方案可行，且經(jīng)過工程實(shí)際應(yīng)用證明，該優(yōu)化方案在保證基坑安全穩(wěn)定的前提下方便了工程施工，有效的節(jié)約了施工成本，加快了施工進(jìn)度，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。