王 耀，李 兵，楊家新，王小華，金紅柳

(1 北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司，北京 100101；2 北京城投地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)有限公司，北京 100084；3 清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

0 引言

城市建設(shè)高速發(fā)展，城市中心區(qū)域地下結(jié)構(gòu)分布錯(cuò)綜復(fù)雜，新的基坑工程施工往往存在場(chǎng)地狹窄、周邊環(huán)境復(fù)雜、變形控制嚴(yán)格等問(wèn)題，因此對(duì)基坑工程的設(shè)計(jì)和施工提出了新的挑戰(zhàn)[1-5]。逆作法作為一種新型的基坑施工方法，不同于傳統(tǒng)順作法——先基坑開(kāi)挖再地下結(jié)構(gòu)的施工順序，它是每開(kāi)挖一定深度后，澆筑地下結(jié)構(gòu)的永久梁板以代替臨時(shí)支撐，基坑開(kāi)挖結(jié)束時(shí)地下結(jié)構(gòu)也同時(shí)完成。逆作法的支撐系統(tǒng)由主體結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻、梁板、柱等組成，不用拆卸，剛度大，變形小，有利于節(jié)省開(kāi)支和減小對(duì)周邊環(huán)境的影響[6-8]。上下同步逆作法是一種特殊形式的逆作法，這種施工方法先施工界面層，然后向下逆作地下結(jié)構(gòu)的同時(shí)，向上順作地上結(jié)構(gòu)，如此可縮短工期。逆作時(shí)上部結(jié)構(gòu)可施工的層數(shù)，需要根據(jù)樁基的布置和承載力及上部建筑荷載等確定[9]。這種上下同步逆作法盡管優(yōu)點(diǎn)突出，但是也面臨著諸多問(wèn)題，上下同步施工逆作法相關(guān)的技術(shù)和理論還有待深入研究[10-11]。

在上下同步逆作法條件下，基坑設(shè)計(jì)和施工時(shí)不僅要考慮鄰近建筑物對(duì)基坑的影響,保證基坑開(kāi)挖和主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的安全；還要考慮基坑對(duì)鄰近建筑物的影響，防止基坑過(guò)大變形導(dǎo)致鄰近建筑物發(fā)生過(guò)大變形而破壞。因此，合理地預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)基坑工程及其對(duì)鄰近建筑物的影響非常重要。本文以北京地區(qū)蘇州街項(xiàng)目為背景，運(yùn)用PLAXIS 3D有限元軟件對(duì)上下同步施工全過(guò)程進(jìn)行模擬，分析上下同步逆作法基坑工程受力變形特性及其對(duì)鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的影響。

1 工程概況

蘇州街項(xiàng)目位于北京市海淀區(qū)蘇州街路和海淀南路交界處東南象限，建設(shè)用地面積6 180m2。工程分兩期進(jìn)行，一期工程為地上23層，建筑高度75m，地下5層，基坑?xùn)|西向最大寬度62.05m，南北向最大長(zhǎng)度46.3m，基坑深25m，采用上下同步逆作法施工；二期基坑工程只有地下5層，東西向最大寬度20.1m，南北向最大長(zhǎng)度103.52m，基坑深25m，采用蓋挖逆作法施工。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1m厚地下連續(xù)墻，核心筒結(jié)構(gòu)采用0.8m厚地下連續(xù)墻，地下1層頂板厚0.5m，地下2～4層頂板厚0.25m，地下5層頂板厚0.6m，基礎(chǔ)底板厚1.5m。豎向支撐采用一柱一樁，由φ800×30鋼管混凝土柱和φ1 500混凝土灌注樁組成，樁長(zhǎng)28m，樁基平面布置圖及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。鋼管混凝土柱鋼材等級(jí)為Q355B，內(nèi)填混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60?；炷凉嘧朵摻畹燃?jí)為HRB400，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。

圖1 樁基平面布置圖及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

本項(xiàng)目周邊建構(gòu)筑物眾多，北側(cè)距離既有地鐵10號(hào)線蘇州街站(M10)約18m，西側(cè)距離在建地鐵16號(hào)線蘇州街站(M16)約8m，南側(cè)鄰近3棟1層磚混建筑，距離基坑凈距約4m；東側(cè)鄰近15層住宅樓，距離基坑凈距約24m。此外，基坑周邊還同時(shí)存在很多重要的市政管線，基坑工程對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)的要求嚴(yán)格，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

本項(xiàng)目選用上下同步逆作法施工，先施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)和豎向支撐結(jié)構(gòu)，再施工地下1層頂板，以地下1層頂板作為施工界面層，待地下2層頂板強(qiáng)度達(dá)到100%后，開(kāi)始地上部分施工，地下施工完畢時(shí)地上結(jié)構(gòu)也施工至15層，此后繼續(xù)施工地上15層以上樓層，直至施工結(jié)束。其具體施工步序如下：

第一步：施工圍擋結(jié)構(gòu)并平整場(chǎng)地，施工核心筒地下連續(xù)墻和一樁一柱工程。

第二步：明挖土方至地下1層頂板底以下(距地表1m)，施工地下1層頂板，待地下1層頂板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后，繼續(xù)開(kāi)挖基坑至地下2層頂板底以下(距地表6m)。

第三步：施工地下2層頂板，待地下2層頂板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后，施工地上1，2層結(jié)構(gòu)，同時(shí)繼續(xù)開(kāi)挖基坑到地下3層頂板底以下(距地表10m)。

第四步：施工地下3層頂板，待地下3層頂板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，施工地上3～5層結(jié)構(gòu)，同時(shí)繼續(xù)開(kāi)挖基坑到地下四層頂板底以下(距地表14m)。

第五步：施工地下4層頂板，待地下4層頂板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，施工地上5～10層結(jié)構(gòu)，同時(shí)繼續(xù)開(kāi)挖基坑到地下5層頂板底以下(距地表18m)。

第六步：施工地下5層頂板，待地下5層頂板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，施工地上10～15層結(jié)構(gòu)，同時(shí)開(kāi)挖基坑到坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高(距地表25m)，施工基礎(chǔ)底板。

土體的小應(yīng)變硬化模型計(jì)算參數(shù) 表1

第七步：待基礎(chǔ)底板完全封閉，地下結(jié)構(gòu)完全施工完畢后，開(kāi)始施工地上16～23層結(jié)構(gòu)。

2 有限元數(shù)值模型

2.1 數(shù)值模型建立

數(shù)值計(jì)算選用巖土類(lèi)有限元軟件PLAXIS 3D進(jìn)行[12]。數(shù)值計(jì)算模型如圖2所示，豎向長(zhǎng)度取70m，與地鐵10號(hào)線平行方向長(zhǎng)度取350m，與地鐵10號(hào)線垂直方向長(zhǎng)度取450m?；由疃葹?5m，基坑各向距離模型邊界的距離都滿足大于3倍開(kāi)挖深度的要求。取地表為自由邊界，其他五個(gè)面均約束其法向變形。模型中土體單元采用10節(jié)點(diǎn)四面體單元，地鐵墻板、地下連續(xù)墻、樓板、剪力墻均采用二維板單元，立柱采用一維梁?jiǎn)卧?，樁基礎(chǔ)采用PLAXIS 3D特有的Embedded樁單元，結(jié)構(gòu)與土的相互作用采用接觸面單元，共有181 010個(gè)單元，323 486個(gè)節(jié)點(diǎn)。工程結(jié)構(gòu)及鄰近地鐵車(chē)站有限元網(wǎng)格見(jiàn)圖3。

圖2 蘇州街項(xiàng)目及相鄰地鐵車(chē)站的計(jì)算模型

圖3 地下結(jié)構(gòu)及相鄰地鐵車(chē)站的有限元網(wǎng)格

2.2 模型參數(shù)

基于開(kāi)挖卸荷等條件下土的變形特性，計(jì)算中選用小應(yīng)變土體硬化模型(HS-Small)。該模型能反映土的壓硬性，能區(qū)分加荷和卸荷，而且其剛度是依賴(lài)于應(yīng)力歷史和應(yīng)力路徑的，同時(shí)也能反映土的剪脹性，而且還考慮了土在小應(yīng)變時(shí)的剛度非線性變化的特征，是工程界比較認(rèn)可的適用于基坑工程的本構(gòu)模型[13]。場(chǎng)地勘探范圍(地表至地下70m)內(nèi)的土層劃分自上而下依次為：①人工填土，②粉質(zhì)黏土，③卵石，④粉質(zhì)黏土，⑤卵石，⑥粉質(zhì)黏土，⑦卵石，各土層計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

立柱為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，計(jì)算中采用線彈性模型模擬，彈性模量根據(jù)鋼材和混凝土彈性模量按面積加權(quán)得出；除此之外的其他結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，計(jì)算中也采用線彈性模型模擬，彈性模量近似取混凝土模量，結(jié)構(gòu)尺寸和材料參數(shù)如表2所示。工程中結(jié)構(gòu)和土體之間可以發(fā)生脫開(kāi)、滑移、錯(cuò)位等非連續(xù)性變形現(xiàn)象，計(jì)算中采用接觸面單元模擬，界面折減參數(shù)見(jiàn)表1。

2.3 有限元分析過(guò)程

有限元分析過(guò)程 表3

分析過(guò)程與實(shí)際施工過(guò)程一致，如表3所示。

結(jié)構(gòu)材料的計(jì)算參數(shù) 表2

計(jì)算中土體開(kāi)挖和結(jié)構(gòu)施工利用軟件中的激活和鈍化單元功能實(shí)現(xiàn)。擬建場(chǎng)地地下水水位絕對(duì)標(biāo)高約為35m，基坑開(kāi)挖深度約25m，坑底絕對(duì)標(biāo)高約為25m，潛水面位于基底以上，該層水對(duì)基坑開(kāi)挖、基坑變形及支護(hù)體系穩(wěn)定性等均有不利影響，容易在側(cè)壁出現(xiàn)涌水、流砂等現(xiàn)象，須采取降水措施。PLAXIS 3D自帶滲流計(jì)算模塊，通過(guò)設(shè)置合適的土層系數(shù)可以合理模擬基坑降水過(guò)程，計(jì)算中每開(kāi)挖一層土地下水同步降至坑底下1m處，各土層滲透系數(shù)見(jiàn)表1。

2.4 有效性驗(yàn)證

工程中采用自平衡法對(duì)試樁進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn),試樁位置見(jiàn)圖1。采用2.1節(jié)有限元模型和2.2節(jié)參數(shù)對(duì)此試樁試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4中可以看出，試驗(yàn)和數(shù)值結(jié)果較為一致，說(shuō)明有限元模型和參數(shù)的選取能夠合理模擬此工程中立柱和樁的豎向承載變形特性。

圖4 試樁荷載-位移曲線實(shí)測(cè)與數(shù)值結(jié)果對(duì)比

圖5、圖6分別為地下連續(xù)墻水平位移和墻后地表沉降的實(shí)測(cè)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比(測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1)?？梢园l(fā)現(xiàn)，地下連續(xù)墻水平位移和墻后地表沉降的實(shí)測(cè)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果都非常接近，這說(shuō)明有限元模型和參數(shù)的選取可以較好地模擬本工程地下連續(xù)墻和墻后土體的響應(yīng)。

圖5 地下連續(xù)墻水平位移實(shí)測(cè)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比

圖6 墻后地表沉降實(shí)測(cè)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比

3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

3.1 地下連續(xù)墻受力變形

當(dāng)基坑內(nèi)土體開(kāi)挖時(shí)，地下連續(xù)墻因兩側(cè)土壓力差而產(chǎn)生側(cè)向位移，為保證基坑和鄰近結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)嚴(yán)格控制地下連續(xù)墻水平位移。蘇州街項(xiàng)目第三方監(jiān)測(cè)方案綜合考慮各類(lèi)因素和要求確定的地下連續(xù)墻水平位移監(jiān)測(cè)控制值為20mm。圖7為地下連續(xù)墻水平位移云圖?？梢钥闯?，每片地下連續(xù)墻水平位移都表現(xiàn)出中間大、邊緣小的特點(diǎn)，這是因?yàn)檫吔切?yīng)對(duì)地下連續(xù)墻水平位移的限制作用所致。一期地下連續(xù)墻最大水平位移為18.6mm，二期地下連續(xù)墻最大水平位移為15.8mm，均滿足要求。

分別提取一期和二期基坑變形最大剖面(在圖7中虛線標(biāo)出的位置)的地下連續(xù)墻水平位移，如圖8所示?？梢钥闯觯叵逻B續(xù)墻水平位移在深度方向上呈現(xiàn)中間大、兩頭小的曲線變形特征；地下連續(xù)墻水平位移隨開(kāi)挖深度增大而增大，最大水平位移在(0.06%～0.1%)的開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)[5]中總結(jié)的各類(lèi)基坑實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，這說(shuō)明本工程的地下連續(xù)墻水平位移被有效控制；最大水平位移位置隨開(kāi)挖深度增大而逐漸下移。

空間上地下連續(xù)墻彎矩分布與水平位移分布趨勢(shì)相同，因?yàn)檫吔切?yīng)，每片地下連續(xù)墻彎矩沿寬度方向也表現(xiàn)出中間大、邊緣小的特點(diǎn)。一期地下連續(xù)墻每延米最大彎矩約為990kN·m，二期地下連續(xù)墻每延米最大彎矩約為798kN·m，地下連續(xù)墻最大彎矩出現(xiàn)的剖面與地下連續(xù)墻最大水平位移出現(xiàn)的剖面重合。分別提取一期和二期基坑變形最大剖面(在圖7中用虛線標(biāo)出的位置)的彎矩分布，如圖9所示。從圖9可以看出，隨著開(kāi)挖深度增加，地下連續(xù)墻最大彎矩不斷增大，最大彎矩所在位置逐漸往下移動(dòng)，與最大水平位移所在位置接近。值得注意的是，在工況7開(kāi)挖完成時(shí)，坑底處出現(xiàn)了比較大的負(fù)彎矩，這是因?yàn)榇藭r(shí)墻體的水平位移很大，底板和坑底土體約束了地下連續(xù)墻的變形，因此出現(xiàn)了比較大的負(fù)彎矩。

圖7 地下連續(xù)墻水平位移云圖/mm

圖8 地下連續(xù)墻典型剖面水平位移分布

圖9 地下連續(xù)墻典型剖面每延米彎矩分布

對(duì)比一期和二期地下連續(xù)墻水平位移和彎矩可以發(fā)現(xiàn)，工況3時(shí)，二者結(jié)果完全相同；工況5時(shí)，一期地下連續(xù)墻最大水平位移和最大彎矩分別比二期大10%和18%；工況7時(shí)，一期地下連續(xù)墻最大水平位移和最大彎矩分別比二期大15%和25%。這是因?yàn)楣r3時(shí)，一、二期工程都沒(méi)有施工上部結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻受力相同，而到工況5和工況7時(shí)，一期工程分別完成了地上5層和15層結(jié)構(gòu)的施工，上部結(jié)構(gòu)施加的豎向荷載作用于地下連續(xù)墻，從而改變了地下連續(xù)墻的受力狀態(tài)。豎向荷載與水平荷載耦合作用會(huì)增大地下連續(xù)墻水平位移和彎矩，所以在進(jìn)行上下同步逆作法基坑施工時(shí)要合理安排上部結(jié)構(gòu)的施工速度，避免基坑地下連續(xù)墻承受過(guò)大的豎向荷載而產(chǎn)生破壞。

3.2 墻后土體沉降

地下連續(xù)墻變形會(huì)引起墻后土體變形，其中最受關(guān)注的就是土體沉降，蘇州街項(xiàng)目第三方監(jiān)測(cè)方案綜合考慮各類(lèi)因素和要求確定的墻后地表沉降控制值為30mm。開(kāi)挖完成時(shí)，墻后土體最大沉降為18mm，符合變形控制要求。沿墻后地表最大沉降所在位置做剖面，研究基坑兩側(cè)地表沉降規(guī)律，如圖10所示，此時(shí)基坑兩側(cè)地下連續(xù)墻的最大位移均大致為16mm。從圖10中可以看出，基坑兩側(cè)的沉降曲線均為凹槽形，但地鐵車(chē)站的存在明顯改變了墻后土體的沉降范圍。

圖10 工況8典型剖面土體豎向位移云圖/mm

圖11給出了不同工況下基坑兩側(cè)地表沉降曲線，在靠近地鐵車(chē)站一側(cè)用虛線給出了車(chē)站兩側(cè)邊界。遠(yuǎn)離地鐵車(chē)站一側(cè)，隨開(kāi)挖深度增加，地表沉降量和沉降范圍逐漸增大，地表最大沉降約為0.6H(H為基坑開(kāi)挖深度)，沉降范圍大致為2H，最大沉降位置不變，約在地下連續(xù)墻后7m處。在靠近地鐵車(chē)站一側(cè)，由于車(chē)站遮蔽作用，沉降在靠近地鐵車(chē)站后迅速減小；在車(chē)站段內(nèi)，由于車(chē)站底部土體輕微隆起，車(chē)站也隨之隆起，導(dǎo)致車(chē)站上覆土體沉降減小，而越過(guò)車(chē)站后，土體沉降略有增大，此現(xiàn)象在車(chē)站距離基坑更近、埋深更大時(shí)會(huì)更為明顯。靠近地鐵車(chē)站一側(cè)，隨著開(kāi)挖深度增加，由于車(chē)站遮蔽作用沉降范圍基本不變，由車(chē)站所在位置決定，最大沉降位置不變，但最大沉降量約為0.7H，比無(wú)地鐵車(chē)站時(shí)大17%。這是因?yàn)椋诨觾蓚?cè)地下連續(xù)墻水平位移幾乎相同的條件下，墻后土體的地層損失相近，有地鐵一側(cè)由于地鐵遮蔽作用，土體沉降范圍減小，為保證位移協(xié)調(diào)，沉降區(qū)內(nèi)的土體變形必然會(huì)增大。這一現(xiàn)象在基坑施工過(guò)程中需特別關(guān)注，避免產(chǎn)生過(guò)大沉降，從而危害周?chē)慕ㄖ?/p>

圖11 不同工況下基坑兩側(cè)地表沉降曲線

3.3 立柱樁豎向變形

采用上下同步逆作法施工時(shí)，立柱和樁基施工先于基坑開(kāi)挖進(jìn)行。基坑開(kāi)挖時(shí)，土體應(yīng)力釋放導(dǎo)致坑底回彈，帶動(dòng)立柱和樁基隆起，而隨著結(jié)構(gòu)施工，柱身可能會(huì)承受上部荷載，產(chǎn)生沉降。逆作法中為保證結(jié)構(gòu)梁板安全，必須控制立柱以及立柱與地下連續(xù)墻之間的豎向差異位移。蘇州街項(xiàng)目第三方監(jiān)測(cè)方案綜合考慮各類(lèi)因素和要求確定的立柱豎向位移控制值為20mm，立柱以及立柱與地下連續(xù)墻之間的豎向差異位移控制值為15mm。

圖12給出了不同工況下地下1層頂板豎向位移云圖，其中立柱位置在圖中用黑點(diǎn)標(biāo)出，此處頂板豎向位移即為立柱豎向位移(因?yàn)榱⒅敹伺c地下1層頂板固接)?？梢钥闯鰷\層土體開(kāi)挖階段(工況3)，上部結(jié)構(gòu)尚未施工，一、二期立柱均以隆起為主；隨著開(kāi)挖深度增加，坑底土體卸載效果不斷增強(qiáng)，無(wú)上部結(jié)構(gòu)的二期立柱隆起不斷增大，而一期立柱則隨上部結(jié)構(gòu)施工由隆起逐漸轉(zhuǎn)為沉降。

圖12 不同工況下地下1層頂板豎向位移云圖/mm

開(kāi)挖過(guò)程中，立柱最大豎向位移發(fā)生在二期基坑中部位置，最大豎向差異位移發(fā)生在一期基坑核心筒地下連續(xù)墻附近的兩根立柱之間，具體位置在圖12(c)中分別用實(shí)線和虛線框標(biāo)出。圖13給出開(kāi)挖過(guò)程中立柱最大豎向位移和差異位移的變化曲線?？梢钥闯隽⒅畲筘Q向位移和差異位移隨開(kāi)挖深度增大不斷增大，最大值分別為19.1mm和11.3m，符合要求。

圖13 開(kāi)挖過(guò)程中立柱豎向位移及差異位移變化曲線

3.4 既有地鐵車(chē)站變形

開(kāi)挖打破了基坑周?chē)馏w的原有應(yīng)力平衡，周?chē)馏w發(fā)生變形，從而導(dǎo)致鄰近地鐵車(chē)站發(fā)生附加變形。為了不影響車(chē)站安全和正常使用，需嚴(yán)格控制開(kāi)挖導(dǎo)致的地鐵車(chē)站變形。蘇州街項(xiàng)目第三方監(jiān)測(cè)方案綜合考慮各類(lèi)因素和要求確定的地鐵車(chē)站水平和豎向附加位移控制值為5mm，結(jié)構(gòu)坡度控制值為1/2 500。圖14給出了地鐵車(chē)站最大位移隨基坑開(kāi)挖深度變化?？梢钥闯?，地鐵車(chē)站M10距離基坑邊緣相對(duì)較遠(yuǎn)，基坑施工對(duì)結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)較小，最大水平位移和沉降分別為1.23mm和2.2mm,對(duì)結(jié)構(gòu)安全構(gòu)不成威脅。而新建的地鐵車(chē)站M16離基坑邊緣較近，基坑施工對(duì)其影響較大，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加位移比地鐵車(chē)站M10大很多，分別為3.5mm和4.7mm，小于規(guī)范的預(yù)警值。此外，從圖14還能看出，此工程地鐵結(jié)構(gòu)的最大變形與基坑開(kāi)挖深度近似呈線性正相關(guān)。

圖14 鄰近地鐵車(chē)站位移隨基坑開(kāi)挖深度變化曲線

圖15給出了工況7下兩個(gè)地鐵車(chē)站的網(wǎng)格變形。從圖15可以看出，M10主體結(jié)構(gòu)的變形形式較為簡(jiǎn)單，主要表現(xiàn)為整體向坑內(nèi)的水平位移和整體向下的沉降，軸線上的差異位移不明顯。M16主體結(jié)構(gòu)的變形形式則非常復(fù)雜，軸向上，因?yàn)檫h(yuǎn)離基坑M16二段的嵌固作用，鄰近基坑的M16一段的變形從自由端沿軸線逐漸減小，至與M10交叉端時(shí)幾乎為零，軸向上最大差異變形約為5mm，結(jié)構(gòu)最大坡度為0.125/2 500，符合變形控制的要求。圖16給出了M16變形最大橫截面的位移變化。從圖16(a)可以看出，隨基坑開(kāi)挖深度增加，側(cè)板沿深度方向上雖然略有彎曲，但總體上表現(xiàn)出向坑內(nèi)的整體變形，而且車(chē)站兩側(cè)板的水平位移分布幾乎相同，這說(shuō)明M16車(chē)站結(jié)構(gòu)橫截面上的水平變形主要為向坑內(nèi)的剛性移動(dòng)；從圖16(b)可以看出，隨基坑開(kāi)挖深度增加，坑底及周?chē)馏w隆起增大，帶動(dòng)車(chē)站底板近基坑側(cè)的隆起，而由于地鐵車(chē)站的遮蔽作用，使得車(chē)站底板遠(yuǎn)離基坑側(cè)的變形很小，車(chē)站底板變形主要表現(xiàn)為差異沉降，而且頂、底板的豎直位移曲線幾乎重合，這說(shuō)明M16車(chē)站結(jié)構(gòu)橫截面上的豎直變形為繞一點(diǎn)的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)點(diǎn)與底板遠(yuǎn)離基坑的側(cè)邊接近。地鐵結(jié)構(gòu)的尺寸、埋深、距離基坑邊緣的距離、基坑施工方法等都會(huì)影響地鐵結(jié)構(gòu)的變形量和變形形式。

圖15 工況7下鄰近地鐵車(chē)站網(wǎng)格變形

圖16 不同工況下M16主體結(jié)構(gòu)位移分布曲線

4 結(jié)論

(1)一期地下連續(xù)墻水平位移和最大彎矩比二期地下連續(xù)墻大，這是因?yàn)樯喜拷Y(jié)構(gòu)施加的豎向荷載與地下連續(xù)墻所受的水平荷載耦合作用會(huì)改變地下連續(xù)墻的受力狀態(tài)，增大其變形和彎矩。上下同步逆作法基坑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理安排上部結(jié)構(gòu)施工速度，避免基坑地下連續(xù)墻承受過(guò)大的豎向荷載而產(chǎn)生破壞。

(2)無(wú)地鐵車(chē)站側(cè)的地表沉降曲線為凹槽形，隨開(kāi)挖深度增加，地表沉降量和沉降范圍逐漸增大，地表最大沉降約為0.6H，沉降范圍大致為2H，最大沉降位置不變。由于車(chē)站遮蔽作用，隨開(kāi)挖深度增加，有地鐵車(chē)站側(cè)的地表沉降范圍基本不變，最大沉降量約為0.7H，比無(wú)地鐵車(chē)站一側(cè)大17%。

(3)隨開(kāi)挖深度增加，坑底土體卸載效果不斷增強(qiáng)，無(wú)上部荷載的二期立柱隆起隨坑底隆起不斷增大，而一期立柱則在坑底隆起和上部結(jié)構(gòu)加載共同作用下由隆起逐漸轉(zhuǎn)為沉降。

(4)地鐵結(jié)構(gòu)埋深和距基坑邊緣的距離對(duì)結(jié)構(gòu)變形量和變形形式影響顯著：M10距離基坑遠(yuǎn)，埋深淺，變形量小，為整體向坑內(nèi)的水平位移和整體向下的沉降；M16距離基坑近，埋深大，變形量大，橫截面上表現(xiàn)為向坑內(nèi)的剛性水平移動(dòng)和繞一點(diǎn)向上的剛性轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向上位移差異明顯。地鐵結(jié)構(gòu)的最大變形與基坑開(kāi)挖深度近似呈線性正相關(guān)。

(5)本工程的地下連續(xù)墻受力變形、地表沉降、立柱豎向變形、鄰近地鐵結(jié)構(gòu)變形均控制在允許范圍內(nèi)，表明蘇州街項(xiàng)目采用的上下同步逆作法對(duì)控制基坑的變形和保護(hù)周?chē)h(huán)境非常有效。