安徽建筑 ２０１５年第４期（总２０４期） ＤＯＩ：１０．１６３３０４．ｃｎｋｉ．１００７－７３５９．２０１５．０３．Ｏ４７ 明挖法和局部盖挖顺作 地 奎站施 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 旦 Ｏｐｅｎ Ｃｕｔ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｐａｒｔｉａｌ Ｃｏｖｅｒ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔ Ｅｆｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｕｂｗａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ 蔡毅飞，郭欣 （合肥城市轨道交通有限公司，安徽合肥２３０００１） ■■■■—一Ｉ＿＿Ｉ 摘要：在深大地铁基坑施工中，确保施工的安全非常重要。文章以 车站原设计采用明挖顺做法施工，即开挖至基坑底后顺作 车站底、中、顶板及侧墙和其他结构，围护结构采用地下连续墙 ＝ ・———ｌ 合肥地铁一号线明光路地铁车站施工为例，基坑的长度和宽度比达到 了１１：１．长度和深度的比达到了１１．７：１，基坑开挖过程中，为了减少时 ＋内支撑的支护方式，内支撑为第一道钢筋混凝土支撑＋四道 交通的影响。工程采用明挖法和局部盖挖法相结合的施工方法。针对 施工过程的实际情况，采用大型有限元软件ＭｉｄａｓＧＴＳ＼ＮＸ对明挖法 和局部盖挖法施工过程进行了数值模拟计算分析。对地表沉降和围护 桩的变形进行了详细的分析，结果为今后此类大型深基坑施工提供参 考。 关键词：深基坑；地连墙；地表沉降；内支撑；盖挖法；明挖法 中图分类号：Ｕ２３１ ．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ００７—７３５９（２０１ ５）０４—０１ ０３—０３ ０引 言 在地铁施工的过程中，基坑的开挖深度深，对周边的环境 影响大，如何在保证施工的安全性的前提下，降低对周围环境 的影响，是施工中的一个重要问题［１］。目前，基坑开挖主要监测 的对象有围护结构的侧移、地表沉降、内支撑的轴力变化等 。 基坑开挖引起围护结构的内力和变形问题可以应用杆系有限 元法得到实用性解决 。在地铁深基坑施工中，主要有明挖法、 盖挖法和矿山法。在实际施工中，施工方法一般会随着现场环 境的变化而不断改变，确保对周边环境、附近居民的影响减小 到最小。以合肥地铁一号线为例，在明光路站施工中，为了减少 对地面交通的影响，在明光路桥段施工中采用盖挖顺做法，其 他部分采用明挖法。为确保施工方案的安全可行性，本文利用 迈达斯软件对车站的施工过程进行模拟分析，并计算出地连墙 水平位移、地表沉降位移及围护结构所受荷载值，通过对结果 进行比较分析，来控制相关因素，从而达到保证工程质量和安 全、节约成本和工期的目标。 １ 工程概况 明光路车站位于胜利路与明光路交口处，沿胜利路南北 向布置，下穿东西方向待建的明光路下穿桥。车站里程起始于 Ｋ６＋１７９．７８７，终止于Ｋ６＋４４８．６９７，总长２６８．９１ｍ。车站基坑标准 段宽２３．２ｍ，顶板覆土约０．８—４．４ｍ，标准段底板埋深约２２．８ｍ。 车站主体基坑距离周边建筑物较远，东南角为合肥安驾 校、合肥长途客运站、金色梧桐３０层商住楼及一些低矮商铺和 住宅，东北角为低、多层商铺和住宅，西北角为合肥市邮政速递 局等低、多层建筑，车站北侧为即将拆除的老淮南铁路。拟建场 地地形较为平坦，微地貌单元属于南淝河一级阶地。 作者简介：蔡毅飞（１９８０－），女，研究方向：工程（不限于轨道交通）安全 风险管理、安全质量管理、监测预警、消防等。 钢支撑。为减小对路面交通的影响，对明光路桥段部分采用盖 挖法施工，即为第一道混凝土支撑后即架设部分明光路下穿桥 梁体，同时施作架设部分梁体的结构层，恢复部分路面交通，然 后在依次施工下部结构。 土层物理力学参数 表１ ２数值计算 ２．１计算参数的选取 根据施工勘察报告，将土层做了相应简化，划分的土层及 各层土体的力学计算参数见表１所示。地下连续墙为Ｃ３５混凝 土，用线弹性梁单元模拟计算，根据经验将弹性模量Ｅ取为 ３０ＧＰａ，泊松比取０．２０，重度为２５ｋＮ／ｍ ；各支撑采用线弹性桁 架单元模拟，弹性模量Ｅ取２００ＧＰａ，泊松比０．３０。结构所受恒 荷载为自重与土压力，活荷载为地面超载，取２０ｋＰａ，为模拟方 便，将桥面车辆动荷载及施工荷载简化为均布荷载，其值取为 ４５ｋＰａ。 ２．２计算模型的建立 基坑标准段宽为２３．２ｍ，深为２１．８ ｍ，地下连续墙深取３４．８ ｍ，第１道混凝土支撑距地面为２．３ｍ，第２道钢支撑距第１道 混凝土支撑为３．５ｍ，第３道钢支撑距第２道钢支撑为４．７５ｍ， 第４道钢支撑距第３道钢支撑为４．２ｍ，第５道钢支撑距第４ 道钢支撑为３．５３ｍ。深基坑开挖的影响范围取决于基坑开挖的 平面形状、开挖深度和土质条件等因素。为满足计算精度的要 图１ 数值模型及网格划分 图２围护结构模型图 岩 土 工 程 与 基 础 处 理 安 徽 建 筑 ＿ ２０１５年第４期（总２０４期） 安徽建筑 求，取模型的宽度为１８３ｍ，深度为９６ｍ，长度为３３８ｍ，如图所 示的三维模型。节点数为２０８３３０个，单元数为２１１８１１个。土体 采用实体单元进行模拟，冠梁，角撑和钢筋混凝土支撑采用梁 单元模拟，钢支撑采用桁架单元进行模拟，地连墙采用二维板 单元进行模拟。模型上表面为自由边界，下表面由于位于岩石 层取为固定边界。模型其他四个侧面仅法线方向的位移。 ２．３开挖步骤 ■■■■■＿ 距坑边的距离㈤ 工况一：开挖前的初始应力分析及位移清零。 工况二：浇筑地连墙。 工况三：开挖第一层土在桩顶标高以下２．８ｍ（第１道混凝 ＿—一＿—一Ｉ ＝ ●—■■一 土支撑距地面为２．３ｍ，为了方便支撑的施工，向下加挖０．５ｍ）， 施做冠梁及第一道混凝土支撑，在明光路桥段施工Ｔ梁桥，恢 复路面交通。 工况四：开挖第二层土至桩顶标高以下６ｍ，在桩顶标高以 下５．５ｍ处施做第二道钢支撑。 工况五：开挖第三层土至桩顶标高以下１２．２５ｒｎ，在桩顶标 高以下１１．７５ｍ处施做第三道钢支撑。 工况六：开挖第四层土至桩顶标高以下１６．４５ｍ，在桩顶标 高以下１５．９５ｍ处施做第四道钢支撑。 工况七：开挖第五层土至桩顶标高以下１９．９８ｍ，在桩顶标 高以下１９．４８ｍ处施做第五道钢支撑。 工况八：开挖至坑底，即桩顶标高以下２２．８ｍ。 ２．４计算结果的分析 岩 ２．４．１地连墙侧移分析 土 地连墙的作用主要是抵抗基坑开挖卸荷导致墙背侧土体 工 程 向坑内滑动，从而保证基坑开挖的安全。基坑开挖过程后，土体 与 的应力状态发生改变，围护墙受力开始产生变形，当基坑内侧 基 卸去原有的土压力时，墙外侧受到主动土压力，在坑底的墙内 础 侧受到部分被动土压力 。 处 理 选取基坑中部（明光路桥段）断面位置，做出地连墙的侧移 图 地连墙侧移（ｍｍ） ．－４—２ ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２ １４ １６ １８ ２Ｏ ２２ ０ －１０ １５ 嫠 婆一２５ 划 一３０ －３５ －－－４Ｏ 图３盖挖段地连墙侧移曲线 选取基坑长度１／３的位置（明挖法段）做出地连墙侧移图。 随着开挖深度的加深，地连墙的侧移值不断的增大，并且 侧移最大值随着开挖深度的加深而加深，在开挖到坑底时，侧 安 移值达到最大，并且开挖变化趋势都呈现出中间大两头小的弓 徽 型曲线。数值模拟最大侧移发生在坑深１５ｍ附近，在基坑中部 建 盖挖段，最大侧移值达到１９．４６ｒａｍ，仅为开挖深度的０．０８９％； 筑 在基坑的１／３部位明挖段，最大侧移发生在坑深１４．５ｍ附近， ＿ 达１８．７７ｒａｍ，仅为开挖深度的０．０８６％，远小于规范规定的 ０．３％日（日为开挖深度），并且基坑中部的地连墙侧移值要大于 图４明挖段地连墙侧移曲线 基坑断面１／３部位的地连墙侧移值。 取端头井中部地连墙侧移值如下图所示。 地连墙侧移（ｍｍ） 图５端头井中部地连墙侧移曲线 由上图可知，端头井部位地连墙的侧移变化趋势仍为中间 大两头小的弓型曲线，但最大侧移值仅为２．６２ｒａｍ，远小于基坑 中部地连墙的侧移值，一方面因为端头井部位的角撑布置密 集，对地连墙的变形起到了很好的抑制作用；另一方面因为施 工过程中，端头井部位受到的外部荷载比较少，所以对地连墙 的影响较小。 ２．４．２地表沉降分析 基坑开挖过程中，地连墙受力产生变形，使得基坑外围土 体的原始应力状态改变而引起地层移动，使得地面发生沉降。 对周围地表做好沉降监测，保证周围建构筑物的安全，是施工 中必不可少的内容。在所选的计算断面上，每隔５ｍ布置一个 地表沉降监测点，在施工的同时进行现场监测。 选取基坑中部（明光路桥段）的位置，提取地表沉降的结 果，做出地表沉降与坑边距离的关系曲线，如图６所示，由图可 知：地表沉降的最大位置不是发生在坑边，而是距离基坑１５ｍ 左右的地方，并且呈现出抛物线的变化趋势，随着施工的不断 推进，地表的沉降数值不断增加，在工况８时达到最大，最大值 为１６．５９ｒａｍ。 选取基坑长度１／３的位置（明挖法段）做出地表沉降与坑 边距离的关系曲线：此时地表沉降的最大位置发生在距离坑边 ２０ｍ左右的位置，在工况８，地表沉降达到最大值，为１５ｒａｍ。 由图６和图７可知，采用盖挖法段的地表沉降的最大值比 采用明挖段沉降的最大值大，而且采用盖挖段最大沉降的位置 要小于采用明挖段的位置，原因是采用盖挖断受到的行车荷载 比较大的缘故，但明挖段和盖挖段的沉降变化曲线大致相同， 都是呈现出两边小中间大的抛物线形式。 安徽建筑 ２０１５年第４期（总２０４期） 地连墙侧移（ｍ） —距坑边的距离（ｍ） ｎ２ｎ０ ０２ ０ ０．６ ０．８ｌ＿０１．２１．４１ ６１．８ ２＿０ ２２ ２４ ２．６ ２．８ ０ 。 一 ｍ一喜 隧瓤蜊霉 一 加 如 ∞一 ——●——一 Ｉ＿一＿●一 言＝图６盖挖法地表沉降图 －■■■● 图７明挖法地表沉降图 在软土地区，根据地层损失法，估算地表最大沉降量为基 坑围护结构最大侧移值的０．７倍左右。在本工程中，围护结构 的最大侧移值为１９．４６ｍｍ，而地表最大沉降值为１６．５９ｍｍ，这 与软土地区的经验值有较大的差距，说明在软土地区的经验并 不适合合肥的土质。 大致相同，都是呈现出两边小中间大的抛物线形式。 参考文献 【１】刘建航，侯学渊．基坑工程手册［Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社， １９９７． ３结论 【２】杨有海，王建军，武进广，等．杭州地铁秋涛路车站深基坑信息化施 工监测分析啊．岩土工程学报，２ｏｏ８（１Ｏ）． 【３】王绍君，刘宗仁，陶夏新．浅埋暗挖隧道施工性态的数值模拟与分析 本文对合肥地铁一号线明光路站施工过程进行了分析，施 工采用明挖法和盖挖法相结合的施工方法，得出了以下结论。 （Ｉｕ）理逝器 薯 ①随着开挖深度的加深，地连墙的侧移值不断的增大，并 且侧移最大值随着开挖深度的加深而加深，并且开挖变化趋势 呈现出中间大两头小的弓型曲线。最大侧移值都发生在基坑深 度的２／３处附近，端头井部位地连墙的侧移值远小于基坑其他 部位的地连墙侧移值。盖挖段最大侧移值为１９．４６ｍｍ，明挖段 最大侧移值为１８．７７ｍｍ。 叨．土木工程学报，２００７（６）． 【４】杨敏，卢俊义．上海地区深基坑周围地面沉降特点及预测研究［Ｊ】．同 济大学学报（自然科学版），２０１０（２）． ［５］肖武权，冷伍明，律文田．某深基坑支护结构内力与变形研究叽．岩 岩 土力学。２ｏ０４（８）． 土 ［６］ＤＩＡＯ Ｙｕ，ＺＨＥＮＧ Ｇａｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｎａａｌｙｓｉｓ ｏｆｅｆｆｅｃｔ ｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ 工 程 ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｗａｌｌ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｏｎ ｂｒａｃｅｄ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎⅡ】．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８（Ｓ２）． 与 ②地表沉降的最大值不是发生在坑壁周围，盖挖段的最大 沉降发生在距坑壁１５ｍ附近，明挖段的最大沉降发生在距坑 壁２０ｍ附近。采用盖挖法段的地表沉降的最大值比采用明挖 段沉降的最大值大１．５９ｍｍ，明挖段和盖挖段的沉降变化曲线 【７】 ＭｉＨｉｇｅｎ Ｇ Ｗ Ｅ．Ｓｏｉｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｎｅａｒ ａｎｃｈｏｒｅｄ ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｗａｌｌｓ叨． 础 Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９８３（１）． 处 基 【８】郭利娜，胡斌，李方成，等．武汉地铁深基坑围护结构钢支撑轴力研 理 究［Ｊ】．地下空间与工程学报，２０１３（６）． （上接第３３页） 不失现代感。嘲另一方面，地方应选取特色建筑或标志性建 筑为重点，出资并参与建筑的建设全过程，并切实考虑民居的 舒适性、安全性、卫生性，以便改善当地村民的居住环境，提高 人们的生活品质，更好地与现代化生活接轨。 ３．２需要抗震、抗风蚀等技术的支持 传统民居是生土结构，受生土材料本身的，结构安全 性比较差，年代稍微久一点就会面临结构坍塌的危险，更不用 说是地震。另外吐鲁番地区经常刮风，对生土建筑的风蚀也很 ４结语 吐鲁番生土民居是在重视环境、因地制宜的基础上创造 的，无论是群体布局还是建筑造型，都给大家留下了宝贵丰富 的设计经验。建筑从业者应该在今后的建筑设计中加以运用， 并且对现代生活的不同需求、生态环境的不断变化等因素的客 观变化规律加以考虑，来延续传统的精神实质。切实做到从可 持续性发展的角度出发，进行相关的建筑创作或改造。 严重，建筑表皮经常出现墙皮起鼓、剥落，在失去墙皮保护而裸 露的生土结构墙体，在风、雨、日晒、外力的作用下受到破坏。同 参考文献 【ｌ】吴新玉，张新庆．吐鲁番３４０℃的高温天气气候特征及变化分析 因此，应加强对现有的传统民居的维护和管理，研究抗风 蚀和抗震的技术，以延长生土民居的使用寿命。 ３．３需要专业的民族建筑师 叨．宁夏农林科技，２０１３（８）． 【２］赵俊娇．维吾尔族民居建筑研究【Ｄ】．武汉：湖北工业大学， ２０１３． 培养吐鲁番年轻一代对民族文化的热衷，使他们对本民族 文化有一种自豪感和认同感，自发地传承吐鲁番传统民居的建 筑技艺。另一方面，进行培养专业的建筑师，整理研究本民族特 色的建筑结构和建造工艺，发掘和吸收其传统建筑精要，对保 【３】方程．吐鲁番市地域文化传承与城市建设特色研究【Ｄ】．长沙：湖南 大学建筑学院，２０１２． 安 徽 ［４】李生英．生土建筑的研究一一以吐鲁番为例【Ｄ】．乌鲁木齐：新 疆大学资源与环境科学学院，２００７． 建 筑 护、传承和发扬本民族的建筑文化，创造民族特色与现代建筑 文化具有重要意义。 【５】王晶．绿洲地区传统生土民居生态建构及更新研究【Ｄ】．北京： 北京建筑大学建筑与城市规划学院，２０１３． ［６］陆景川．保护失传的民族文化们新西部，２００６（２—３）． ＿
