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新建基坑对地铁结构安全评估分析

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摘要:随着我国基础设施的大力发展,城市地铁密度也越来越大,同时城市大型建筑的施工,必然引起地铁结构运维造成安全影响。现以某城市商业大厦基坑开挖对近临地铁区间结构影响为工程背景,结合大型ANSYS有限元数值分析模拟,评估基坑开挖对近临地铁的安全影响。主要内容包括:(1)评估内容及方法;(2)评估结论;(3)评估建议。

关键词:新建基坑;近临地铁;安全评估;建议

0引言

随着城市用地的不断紧张,基坑的所在环境也越来越复杂,临近处也常有市政公用设施等永久性建筑,随着基坑的开挖,既要有效保护既有结构物,也要保证基坑的安全施工[1]。近年来,计算机硬软件高速发展,有限元法在工程模拟中越来越得到广泛使用,国内外学者专家已经开展了大量研究[2-4]。现以某城市商业大厦基坑开挖为工程背景,采用ANSYS大型有限元软件模拟基坑开挖对近临地铁盾构区间结构的安全影响分析。商业大厦基坑长65m,开挖最大宽度60m,开挖深度18.5m,围护桩长23m。基坑右侧距离盾构隧道左侧15m。

1评估内容及方法

1.1评估范围

根据新建未来时间基坑与既有地铁盾构区间的相对位置关系及影响范围,选取了本次评估的范围。平面范围包含基坑南侧围护结构、与基坑对应的地铁盾构区间(左线)均列入评估范围,深度范围为基坑底向下大于1倍基坑深度即40m。

1.2评估内容

(1)建立二维、三维计算模型,模拟未来时间基坑施工及使用期间对既有地铁盾构区间的影响,提供未来时间基坑围护结构变形、既有地铁盾构区间结构变形等相关分析结果。(2)根据基坑的施工过程对既有地铁区间结构的分析和计算结果,分析地铁区间结构的安全性影响。(3)对未来时间基坑围护结构、既有地铁盾构区间结构提出变形控制指标要求。(4)对基坑施工、监控量测、应急预案提出合理化建议。

1.3评估思路

新建基坑工程对既有地铁区间结构的安全性影响评估是本报告的评估重点。主要通过收集、整理和分析各种地质、设计和现状调查、检测资料,运用数值分析、工程类比和专家评议等多种方法,预测基坑工程施工引起既有地铁区间结构的变形变化,在此基础上评价既有地铁区间结构是否安全,是否满足正常使用的要求。

1.4评估方法

本次计算采用ANSYS商业大型通用软件,模拟新建基坑的施工过程,提供既有地铁区间结构的变形分析结果,评估既有既有地铁区间的安全性,并根据正常使用的要求,综合各种影响因素,提出新建基坑工程施工时对既有地铁区间结构的变形控制标准和保护措施。

2评估结论

2.1基本结论

(1)从基坑开挖对既有地铁区间隧道的影响程度角度出发,相对于三维模型,二维模型计算结果偏于保守。(2)无论二维模型还是三维模型,计算结果均表明:在基坑开挖过程中,既有地铁区间隧道结构有明显的向基坑方向整体移动趋势,施工结束后近基坑侧隧道整体水平移动约14mm;近基坑侧隧道有整体抬升特征,远基坑侧隧道有整体下沉特征,施工结束后近基坑侧隧道整体抬升量约8mm左右,远基坑侧隧道整体下沉量约2-3mm。(3)计算结果表明,基坑施工过程中既有地铁区间隧道的净空收敛变化不明显,隧道衬砌管片结构的应力变化也不显著。根据二维无土钉模型的计算结果,基坑施工过程中既有隧道结构安全系数和裂缝宽度满足相关规范的要求。(4)二维模型表明,桩间土钉对控制隧道变形和改善结构受力状态有力,施工过程中应加强管理、确保其施工质量。(5)三维计算结果表明,基坑基底隆起及围护桩下部位移较显著,建议优化桩长和第二道锚索的设计参数,并在施工过程中设计完善的施工分区和开挖步序方案。

2.2控制基准

根据计算情况,并结合《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB 50911-2013)相关规定,建议施工过程中基坑及盾构区间隧道的变形控制基准按如下进行执行。基坑监测项目桩顶水平位移累计变形不超过20mm,变形速率不超过2mm/d;桩体水平位移累计变形不超过35mm,变形速率不超过3mm/d;地表沉降累计变形不超过30mm,变形速率不超过3mm/d。盾构隧道监测项目管片结构沉降或水平差异位移累计变形不超过20mm,变形速率不超过3mm/d;管片结构差异沉降或水平差异位移累计变形不超过0.03%L(L为两监测断面的间距);管片结构净空收敛累计变形不超过10mm,变形速率不超过3mm/d。

3评估建议

3.1施工建议

(1)施工应严格按相关规范、规程和设计执行,确保施工质量。(2)设计科学、合理的基坑开挖方案,严格执行分区、分层开挖技术要求,严禁大拉槽开挖,建议每层深度:粘性土不大于2.0m,砂性土不大于1.0m。(3)基坑开挖过程应随挖随支,确保桩间土的稳定。(4)施工过程中应加强防排水设施的布设,确保地表及基坑内排水的通畅,防止由于大气降水或地下管线渗漏而出现险情。

3.2监控量测建议

(1)本工程应按一级监测项目开展监测工作。(2)施工中设计完善的监测方案。(3)监测数据应及时分析处理,并将监测资料定期报送轨道公司相关部门。

3.3应急预案建议

(1)整个施工均应严格按规范和设计要求进行,认真按技术规程操作,防止出现任何险情;并应提前作好抢险预案,防患于未然。(2)制定针对性的应急预案,保证在发生问题时各相关单位及人员能够及时有效地进行处理,避免造成较大的损失并把不良影响降低到最低限度。(3)对既有地铁区间结构发生较大变形问题,应有专项应对预案,确保基坑施工期间既有地铁区间结构的稳定及正常使用。

参考文献:

[1]赫名然.深大基坑几何尺寸对地铁结构变形影响分析[D].北京交通大学,2015.

[2]王印.基坑开挖对紧邻地铁车站影响的位移分析及施工保护措施研究[D].同济大学,2008.

[3]杨敏,周洪波,杨桦.基坑开挖与临近桩基相互作用分析[J].土木工程学报,2005,38(04):91-96.

[4]曾远,李志高,王毅斌.基坑开挖对邻近地铁车站影响因素研究[J].地下空间与工程学报,2005(04):642-645.

作者:孙洪硕1;郭普祥2 单位:1.郑州铁路职业技术学院,2.中牟县天宇规划测绘队

新建基坑对地铁结构安全评估分析责任编辑:张雨    阅读:人次