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[摘要]：城市轨道交通建设中车站基坑的开挖会对周边既有建构筑物的产生一定的影响，正确客观的分析这种影响有利于对我们进行地铁车站基坑的设计以及建设过程中对周边建构物的保护措施提供参考依据。本文利用MIDAS/GTS真实的模拟基坑现场条件和施工过程，建立三维有限元分析模型进行影响分析计算，其分析结果对基坑的设计和安全施工产生指导意义。
[关键词]：城市轨道交通、车站基坑、MIDAS/GTS、影响分析
[Abstract]: the excation of City Rail Transit Station Excation on the surrounding both the construction of certain influence, correct and objective analysis of the influence on the surrounding buildings to provide reference for the protection measures for deep excation of metro station on our design and construction process. In this paper, using MIDAS/GTS simulated the actual excation site conditions and construction process, the establishment of three-dimensional finite element analysis model for impact analysis and calculation, the results of the analysis of the foundation pit design and construction safety he guiding significance.
[keyword]: city rail transit, station foundation pit, MIDAS/GTS, impact analysis
2095-2104(2013)
1、引言
随着我国城市规模的迅速发展，公路交通已不能解决人们出行的需要，城市轨道交通的大规模建设成为解决城市交通拥堵的重要部分。地铁车站基坑的规模越来越大，且基坑周边环境复杂敏感，临近大量管线、建构筑物等，由于基坑的土方开挖引起周边土层的变形而影响到基坑周边的建构筑物、地下管线及其他市政设施的正常使用问题不断出现，给地铁施工带来很多不确定性因素。因此对深基坑工程的理论研究、设计与施工均提出许多挑战性的问题，并成为当前轨道交通建设的一大技术难点。
基坑施工引起土体位移，对临近建筑物的地基产生影响，并由地基传递给基础，最后传给上部结构，引起结构的次生内力和变形，同时由于建筑物的存在，其自重和刚度也影响基坑周围土体的位移。本文利用MIDAS/GTS真实的模拟基坑现场条件和施工过程，建立三维有限元分析模型进行影响分析计算，模拟基坑-土体-建筑物的相互作用，其分析结果对基坑的设计和安全施工产生指导意义。
利用三维有限元计算软件MIDAS/GTS分析基坑施工对地表位移及临近框架结构建筑的影响。本计算模型中，地铁车站基坑围护结构为1000mm地下连续墙，连续墙采用二维板单元，钢支撑采用梁单元，土采用三维实体模型。北侧既有建筑及地下室，地下室为两层，内部为框架柱结构，上顶板，中板及底板，底板下为桩基础结构。上部既有建筑为31层剪力墙结构，剪力墙楼层每层取荷载20KN/m2，为了便于建模将建筑等效成5m高的实体，等效实体重度为124KN/m3。基坑地质情况自上而下分别为素填土、淤泥质土、残积砂质粘性土、全风化花岗岩和散体状强风化花岗岩，土层厚度分别为0.6m，3.9m， 5.2m，6.7m，13.6m。土体采用Mohr-Coulomb模型。计算分析中所采用的土体和框架结构的物理力学参数见表1.基坑-土体-框架结构相互作用的有限元模型如图1所示。通过激活和钝化开挖区的土体单元模拟基坑施工引起的土体位移及其对建构筑物的影响。
表1 材料的物理力学参数
Table 1 Physical and mechanical parameters of material
图1基坑与框架结构互相作用的三维有限元模型
Fig.1 Numerical model of foundation pit-structure interaction
图2顶板、中板、底板及地下室内部框架柱、桩基模型
Fig.2 Top slab, floor and basement internal frame column, pile foundation model
（1）基坑和地下室X、Y方向位移云图：
图3基坑X方向位移图图4基坑y方向位移图
图5地下室X方向位移图图6地下室y方向位移图
图7基坑沉降位移图 图8地下室沉降位移图
（1）基坑变形：
（2）地下室框架结构变形：
由模型计算分析结果云图可知，基坑南侧凸角向X方向位移(DX)为4mm，基坑南侧凸角向Y方向位移(DY)为7mm，地下室顶板东侧最大变形为5mm，中板东侧为最南角最大变形为3mm，中板东侧为最南角最大变形为4mm；基坑西侧边与地下室南侧对齐处的基坑底部向基坑内变形6mm，基坑东侧边与地下室南侧对齐处的基坑底部向基坑内变形12mm,。基坑西侧距离地下室较远，对华天购物中心地下室的沉降和变形影响较小；基坑东侧距离华天购物中心地下室距离较近，两者相互影响较大。基坑东侧边中间的顶部沉降变形3mm，基坑底面与地下室南侧对齐处隆起变形10mm ，基坑内衬顶板中部沉降变形18mm。地下室东侧墙距南端三分之一处顶部隆起变形1mm， 地下室顶板东侧距南端三分之一处隆起变形 5mm，地下室中板东侧距南端三分之一处隆起变形2mm，各工况对华天购物中心地下室的沉降影响都较小，基坑开挖处离建筑物地下室越近影响越大，这和实际情况是吻合的。
5、结语
本文运用MIDAS/GTS对基坑施工引起地表位移及其对框架结构的影响进行了三维有限元建模分析计算，分析了地铁车站基坑周边存在建筑物情况下，地表位移的变化规律，基坑和周边建筑物相互影响的程度。计算结果证实了设计方案的可行性，指导了施工的进程。由于建筑物和地下室的自重作用，加剧了所在位置处的地表沉降，但建筑物和地下室的刚度也限制了地表的侧向位移。计算基坑施工引起的地表沉降时，采用不考虑建构筑物存在的传统计算方法是偏不安全的。
[关键词]：城市轨道交通、车站基坑、MIDAS/GTS、影响分析
[Abstract]: the excation of City Rail Transit Station Excation on the surrounding both the construction of certain influence, correct and objective analysis of the influence on the surrounding buildings to provide reference for the protection measures for deep excation of metro station on our design and construction process. In this paper, using MIDAS/GTS simulated the actual excation site conditions and construction process, the establishment of three-dimensional finite element analysis model for impact analysis and calculation, the results of the analysis of the foundation pit design and construction safety he guiding significance.
[keyword]: city rail transit, station foundation pit, MIDAS/GTS, impact analysis
2095-2104(2013)
1、引言
随着我国城市规模的迅速发展，公路交通已不能解决人们出行的需要，城市轨道交通的大规模建设成为解决城市交通拥堵的重要部分。地铁车站基坑的规模越来越大，且基坑周边环境复杂敏感，临近大量管线、建构筑物等，由于基坑的土方开挖引起周边土层的变形而影响到基坑周边的建构筑物、地下管线及其他市政设施的正常使用问题不断出现，给地铁施工带来很多不确定性因素。因此对深基坑工程的理论研究、设计与施工均提出许多挑战性的问题，并成为当前轨道交通建设的一大技术难点。
基坑施工引起土体位移，对临近建筑物的地基产生影响，并由地基传递给基础，最后传给上部结构，引起结构的次生内力和变形，同时由于建筑物的存在，其自重和刚度也影响基坑周围土体的位移。本文利用MIDAS/GTS真实的模拟基坑现场条件和施工过程，建立三维有限元分析模型进行影响分析计算，模拟基坑-土体-建筑物的相互作用，其分析结果对基坑的设计和安全施工产生指导意义。
2、MIDAS/GTS三维有限元计算模型
某车站基坑位于城市中心区两条主干道交叉口处，车站为地下二层岛式车站，双柱三跨框架结构，车站基坑西北侧距基坑4m处有既有建筑31层华天购物中心，建筑物地下有地下室，地下室尺寸为40m*60m，地上建筑在地下室的正。利用三维有限元计算软件MIDAS/GTS分析基坑施工对地表位移及临近框架结构建筑的影响。本计算模型中，地铁车站基坑围护结构为1000mm地下连续墙，连续墙采用二维板单元，钢支撑采用梁单元，土采用三维实体模型。北侧既有建筑及地下室，地下室为两层，内部为框架柱结构，上顶板，中板及底板，底板下为桩基础结构。上部既有建筑为31层剪力墙结构，剪力墙楼层每层取荷载20KN/m2，为了便于建模将建筑等效成5m高的实体，等效实体重度为124KN/m3。基坑地质情况自上而下分别为素填土、淤泥质土、残积砂质粘性土、全风化花岗岩和散体状强风化花岗岩，土层厚度分别为0.6m，3.9m， 5.2m，6.7m，13.6m。土体采用Mohr-Coulomb模型。计算分析中所采用的土体和框架结构的物理力学参数见表1.基坑-土体-框架结构相互作用的有限元模型如图1所示。通过激活和钝化开挖区的土体单元模拟基坑施工引起的土体位移及其对建构筑物的影响。
表1 材料的物理力学参数
Table 1 Physical and mechanical parameters of material
图1基坑与框架结构互相作用的三维有限元模型
Fig.1 Numerical model of foundation pit-structure interaction
图2顶板、中板、底板及地下室内部框架柱、桩基模型
Fig.2 Top slab, floor and basement internal frame column, pile foundation model
3、计算结果
在计算中模拟了基坑开挖的施工工况，按分块分层开挖进行计算。主要计算了基坑地下墙成槽、基坑分步开挖中基坑自身的变形情况以及华天购物中心地下室桩基的变形情况。（1）基坑和地下室X、Y方向位移云图：
图3基坑X方向位移图图4基坑y方向位移图
图5地下室X方向位移图图6地下室y方向位移图
摘自：毕业论文翻译www.udooo.com
（2）基坑和地下室沉降位移图：图7基坑沉降位移图 图8地下室沉降位移图
4、计算结果分析
本文第三节主要利用三维岩土有限元软件MIDAS/GTS分析基坑施工对地表位移及邻近建构筑物框架结构的影响，得到基坑及地下室的X、Y方向位移以及基坑和地下室的沉降位移图，具体计算结果变形绝对值最大值汇总见下表所示。（1）基坑变形：
（2）地下室框架结构变形：
由模型计算分析结果云图可知，基坑南侧凸角向X方向位移(DX)为4mm，基坑南侧凸角向Y方向位移(DY)为7mm，地下室顶板东侧最大变形为5mm，中板东侧为最南角最大变形为3mm，中板东侧为最南角最大变形为4mm；基坑西侧边与地下室南侧对齐处的基坑底部向基坑内变形6mm，基坑东侧边与地下室南侧对齐处的基坑底部向基坑内变形12mm,。基坑西侧距离地下室较远，对华天购物中心地下室的沉降和变形影响较小；基坑东侧距离华天购物中心地下室距离较近，两者相互影响较大。基坑东侧边中间的顶部沉降变形3mm，基坑底面与地下室南侧对齐处隆起变形10mm ，基坑内衬顶板中部沉降变形18mm。地下室东侧墙距南端三分之一处顶部隆起变形1mm， 地下室顶板东侧距南端三分之一处隆起变形 5mm，地下室中板东侧距南端三分之一处隆起变形2mm，各工况对华天购物中心地下室的沉降影响都较小，基坑开挖处离建筑物地下室越近影响越大，这和实际情况是吻合的。
5、结语
本文运用MIDAS/GTS对基坑施工引起地表位移及其对框架结构的影响进行了三维有限元建模分析计算，分析了地铁车站基坑周边存在建筑物情况下，地表位移的变化规律，基坑和周边建筑物相互影响的程度。计算结果证实了设计方案的可行性，指导了施工的进程。由于建筑物和地下室的自重作用，加剧了所在位置处的地表沉降，但建筑物和地下室的刚度也限制了地表的侧向位移。计算基坑施工引起的地表沉降时，采用不考虑建构筑物存在的传统计算方法是偏不安全的。