摘 要 以上海地区的某一相邻地铁隧道的基坑为模拟背景, 应用大型有限元软件ADINA, 采用二维有限元模型, 分别采用Isotropic混凝土模型和Mohr- Coulomb土体模型, 模拟基坑开挖的各个阶段。通过实际监测变形值与模拟值的比较, 表明分析结果与现场实测结果基本吻合, 这为以后的相关工程设计和施工提供理论和计算支持。

　　地铁作为现代城市的交通主要干线, 其安全性十分重要[1]。近几年我国经济保持较快地增长, 交通问题也日益严重, 好多城市为了改善交通都在积极地准备或已经在建地铁。但随着城市建设发展的需要, 地铁隧道在其使用阶段不可避免地会受到这样或那样的工程活动影响, 临近区域工程活动是较常见的, 对隧道产生重大影响的因素, 其中包括建筑基坑的开挖。因此, 对于理论研究和工程实践而言,解决城市建设发展与地铁保护双重需要的矛盾具有重要的意义。

　　以上海地区某一个毗邻地铁隧道的基坑实际工程为背景, 采用二维有限元分析方法, 应用通用非线性有限元软件ADINA, 对其进行模拟分析, 在后处理中提取支护结构变形值与实测值比较, 分析其可行性, 为设计和施工提供依据。

　　1 工程概况

　　工程是由一幢39层高的办公楼、3层商业楼、3层会所组成。距离地铁一号线隧道外边线仅3.8 m,隧顶埋深约- 12.7 m。基坑占地面积4 400㎡, 开挖深度9.2 m, 属深基坑工程, 基础采用钻孔灌注桩及厚承台板。施工区域土体自上而下分为以下土层: (1)杂填土, 上部夹碎砖、石子等杂物, 下部以素填土为主, 层厚(1.00～3.40) m; (2) 粘土, 含云母及铁锰结核, 层厚(0.5～2.1) m; (3) 灰色淤泥质粉质粘土, 饱和, 中～高压缩性, 夹粉砂薄层, 层厚为(2.55～5.60)m; (4) 灰褐淤泥质粘土, 流塑, 中压缩性, 夹薄层粉砂, 层厚为(7.40～10.0) m; (5) 粘土, 饱和软塑, 中～高压缩性, 层厚(3.00～5.60) m, 地下水位在地面下0.5 m处。土体物理力学参数如表1所示。

　　工程区段地铁隧道处于含水量高、压缩性高、强度低、流变性大的饱和软粘土层中, 极易受到毗邻的深基坑开挖而造成周边土层移动的影响。在施工工艺和施工参数上初步采用 “先中间后四周”的盆式挖土方式, 做到“分层、分区、分块、对称、平衡、限时”挖土支撑。基坑围护采用18 m深地下连续墙,墙顶设置钢筋混凝土压顶圈梁以增强维护结构的整体性。基底以下采用水泥搅拌桩满堂加固, 地铁隧道侧加固宽度达10 m, 水泥掺量为15%, 基底以上为8%, 深层搅拌桩加固区与地下连续墙的缝隙处进行了压密注浆。同时由于基坑有9 m左右的深度, 故采用两道水平支撑。

　　2 有限元计算模型

　　隧道的变形要求极其严格, 结构绝对最大位移不能超过20 mm, 变形曲线的曲率半径不小于15 000m, 相对弯曲不大于1/2 500。为保护地铁的正常营运, 对毗邻隧道的基坑施工方案需要认真分析。根据基坑开挖的实际过程, 将其简化为如下几个阶段, 以利于有限元模拟计算。第一阶段: 坑底土体加固; 第二阶段: 开挖第1层土体并加首道钢支撑; 第三阶段: 开挖第2层土体并加第2道支撑; 第四阶段:开挖第3层土体; 第五阶段: 开挖坑底土体, 及时进行垫层和底板的施工。

　　整个模拟过程涉及了土体的加固、开挖和底板施工, 计算时根据工程实际情况, 坑底土体的加固深度取为4 m, 底板取为1.5 m。模拟计算采用2D模型, 土体采用Mohr- Coulomb材料模型, 基底的加固区、底版、挡土墙, 还有隧道的内支护均采用Elastic- Isotropic单元模拟, 利用ADINA单元生死功能模拟基坑开挖和支护的全过程 ( 盆式开挖法) 。模拟实际工程具体的实现步骤: 第一, 建立模型,施加重力, 在原模型中加入支护结构, 设置边界条件及荷载; 第二, 使用ADINA中的单元生死功能,按照实际工程开挖顺序设置被挖土体与支护结构的生死时间; 第三, 进行运算, 提取后处理结果; 第四 , 用 计 算 结 果 采 用 DEFAULIT RESPONSE -

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