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FLAC2D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 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
2.1 计算模型
2.2 计算参数选取
2.2.1 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。
2.2.2 荷载的施加2.2.3 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土层分为6层,各层土的特性参数如表1所示。
3 计算结果分析
3.1 地铁车站存在对位移场的影响
通过FLAC2D数值模拟出来的位移场,如图
3、4,可以看出:在有无地铁车站情况下,坑周土体的位移场出现很大的不同。无地铁车站存在时,坑内土体隆起,坑周地面下沉;而有地铁车站时,地铁车站的上下土层呈现向上位移趋势,车站与基坑之间的土层亦有些许上抬。这主要是因为基坑开挖时,土体卸荷,打破原来力的平衡,土体进行内力调整,围护结构发生侧移,基坑底部隆起,从而产生土层位移。当有地铁车站存在,由于车站刚度较大,土层位移的连续传递就被中断了。但车站下部的土层位移传递仍然继续进行,由于力的作用,必然对车站产生影响,而也同时对邻近的土层产生影响。而开挖卸荷的土层回弹变形又促进了这种倾斜,所以距离基坑近的土层产生向上的位移。
上海轨道 交通 8号线人民广场站是一个平行换乘车站,在邻近基坑开挖过程中,监测数据说明邻近地铁车站随着基坑开挖而呈上抬趋势,这与常规的认识相逆。通过上面的数值模拟说明,这是一个正常的现象。
3.2 车站对土体水平位移的 影响
基坑开挖后支护结构变形如图5所示。图中曲线的6m分别表示车站与基坑的距离为6m,其它类似,wu表示无地下建筑物时情况。从图中可以看出,由于地铁车站的存在,围护结构水平变形值受很大影响,尤其是最大变形值。车站与基坑支护结构间距越小,车站的遮拦效应越明显,围护结构产生的水平位移越小,也就是对土层水平位移场的影响越明显。
3.3 车站对土体竖向位移的影响
图6为开挖完成后车站与基坑不同间距的情况下各车站底板变形图,从图中可以看出:车站底板基本上整体抬升,靠近基坑的一边大,基坑离车站越近,车站上抬越大。由于车站附近的土层与车站的位移是一致的,即土层位移也是整体上抬,靠近基坑的位移值大,且随车站与基坑间离的减小而增大。图7为车站与基坑间距6m时,不同工况下车站底板变形图,从图上可以看出:随着基坑开挖深度的增加,这种上抬效果越来越明显。也就是土层位移随基坑开挖深度的增加而增大。
3 结 论
通过FLAC2D程序 分析 ,可以得出以下结论:
(1)地铁车站存在对基坑开挖的土层水平位移具有很大的影响。车站附近的土层的水平位移明显减小,这种遮拦作用不仅对车站后面土层位移效果明显,对车站与基坑之间的土层位移也有显著的作用。且车站与基坑间距越小,遮拦作用越明显。
(2)由于地铁车站的存在,隔断了土体位移的传递路径,地铁车站与土体相互作用,使得土体竖向位移场也发生改变。车站附近的土层向上移动,靠近基坑的位移值大,且位移值随车站与基坑间离的减小、基坑开挖深度的增大而增大。
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