1 邻近运营地铁车站基坑开挖土层位移特性分析摘要: 在邻近运营地铁车站进行基坑开挖, 由于地铁车站的刚度大, 车站-土- 基坑围护结构相互作用, 土层位移表现出与一般基坑不同的特点。采用 FLAC2 D 程序进行数值模拟, 分析在车站和基坑间距不同的情况下, 基坑周围土层的变形特点、变形规律, 并与没有地铁车站时的位移场做比较。结果表明车站附近的土层的水平位移明显减小, 基坑离车站越近, 其值越小; 土层有向上移动趋势, 靠近基坑的位移值较大, 且基坑离车站越近、基坑开挖深度越大, 竖向位移越明显。关键词: 位移特性, 基坑开挖, 地铁车站,FLAC 1 引言随着城市地铁的不断扩展和延伸, 在已建车站旁边开挖基坑的情况会越来越多, 如在运营车站旁进行新地铁车站的建设, 后建车站的施工必然会对已有车站产生影响[1,2] 。对于地铁车站这样对变形要求极其严格的地下结构物, 邻近基坑的工程建设面临着严峻的考验。基坑开挖引起的周围地层变 2 形, 基坑周边开始, 逐渐往外传递, 存在一个位移传递路径,以及需要一个过程。当基坑邻近地铁车站时, 基坑周围土层位移问题就更加复杂。 FLAC2D 采用了显式有限差分格式来求解场的控制微分方程,并应用了混合单元离散模型, 可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形, 尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点[3,4,5] 。利用 FLAC2D 程序不仅可以模拟开挖支护全过程, 而且还可以得到基坑土体的位移场, 应力场, 支护结构的应力以及特征点的位移发展趋势等系列图形。因此本文采用 FLAC2D 程序, 讨论有邻近地铁车站存在时基坑周边土层位移特性。 2 计算模型与参数的选取 计算模型采用上海地区已建地铁车站近距离进行基坑开挖的一般情况, 土层分为六层, 基坑分五步开挖, 如图 1 所示。通过二维有限差分程序 FLAC2D 计算开挖及支护以及地下建筑物与基坑之间不同的距离对基坑周围位移场的影响。计算网格图见图 2, 对于地铁车站及地下连续墙采用二维梁单元, 支撑结构采用一维杆单元, 土体采用四结点平面单元。在地铁车站、基坑围护结构与周围土体之间设置接触面单元。边界约束采用左右两侧水平方向约束, 下部边界设竖向约束, 上部边界为 3 自由边界。对于开挖及支护过程, 采用施工荷载步的方法分步开挖、分步支护, 并加预应力。 计算参数选取 材料本构模型长条形基坑平行地铁车站, 可看作平面应变问题。对于地铁车站结构和地下连续墙材料, 由于其弹性模量比土体大的多, 因此可按弹性受力状况来考虑, 在计算中采用弹性梁单元模拟。土体采用摩尔- 库仑非线性弹塑性模型, 并假设其为大变形, 不考虑时间的影响。 荷载的施加模型的荷载主要为地层在自重应力作用下的初始应力场, 开挖释放应力以及支撑支护应力。在开挖前假设土体内部仅存在由重力产生的初始地应力, 且土体初始变形己经完成,设置初始位移场全为零, 这样开挖后土体位移场完全是由于开挖作用引起的变形。地下水位在地面下 1m 深, 考虑潜水压的作用。根据开挖深度和荷载的施加, 选用五种工况来模拟开挖全过程, 并各加预应力 200KN 。 土层参数据地勘资料以及上海地区地层物理力学特性, 在计算范围内基坑周围
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