既有地铁结构覆土卸荷后变位及力学分析

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３量／ＭＰａ比ｋＮ／ｍ６．０１６．５６０．２３
新建房屋楼层较矮，荷载比下部开挖的土体质量相对要小；另外，从图１可以看到：西南出入口、风道结构被Ｃ区全部覆盖，车站结构被ＡＢ区、Ｃ区覆盖１／３多的区域，西北出入口、风道临近ＡＢ区。因此，主要对房屋基坑开挖中土体卸载对西南出入口及风道结构、车站结构安全性影响和轨道行车安全性影响进行重点分析。
进行计算分析时应采用地基土的回弹模量，即将压缩模量在原有基础上提高３倍。地铁结构（Ｃ３０混凝土）力学参数根据混凝土规范选取。
３结果分析
３．１变形对结构安全影响分析３．１．１基坑开挖引起既有地铁结构的附加变形图５为商业用房基坑开挖引起的既有地铁车站及附属工程结构的附加变形云图。
图５既有地铁结构竖向位移云图Ｆｉｇ．５ＶｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇＭｅｔｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
为更加有效地了解附加变形的分布情况，在既有地铁结构上选取如图６的典型截面。
０引言
基坑开挖卸载必然引起下方已有建筑物的位移，对下方建筑物的使用功能和安全性产生影响甚至造成严重危害。控制上方卸荷对下方已有建筑物的影响以及合理选择控制地下建筑物位移的工艺，保证下方建筑物的正常使用，成为工程界急需解决的一个难题。
１－８］基坑开挖必然引起下方车站结构的变位［，变位量９］的大小与许多因素有关，如基坑卸荷量［、开挖方式
的土体进行等效，土层参数如表１所示。
表１土层参数表Ｔａｂｌｅ１Ｓｔｒａｔａｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
土层名称填土粉土粉质黏土细中砂粉质黏土卵石层厚／重度／压缩模ｍ泊松黏聚８１１１０．３２３１０．３０内摩擦１０２３２２２０２２５０
王伟锋，毕俊丽
（北京城建设计研究总院有限责任公司，北京１０００３７）
摘要：卸除既有运营地铁结构上方或周围土体荷载，由于地基抗力势必引起地铁结构向临空方向变位，引起２个方面的问题：１）差２）变形对地铁结构使用状态的影响。以车站上方开挖基坑为例，采用ＦＬＡＣ３Ｄ和ＳＡＰ２０００模拟，分析车异变形对轨道运营的影响；站主体结构变形和内力发展规律，评价结构和运营安全受影响程度，为今后类似工程建设提供参考依据。关键词：既有地铁；卸荷；地层－结构模型；荷载－结构模型；差异变形；力学分析中图分类号：ＴＢ１２文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－７４１Ｘ（２０１０）增刊１－０１５６－０５
增刊１
王伟锋，等：既有地铁结构覆土卸荷后变位及力学分析
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１分析方法概述
地下工程数值分析常用的计算模型主要有连续介质模型（地层－结构模型）和作用－反作用模型（荷载－结构模型）２种。地层－结构模型由于考虑地层与结构的共同作用，多用于结构的变形和内力分析；荷载－结构模型只将结构作为计算对象，多用于结构内力分析。针对新建商业用房工程施工引起既有地铁结构变形的分析，考虑到施工引起的既有地铁结构变形及内力变化均与地层关系密切，采用ＦＬＡＣ３Ｄ建立地层－结构模型进行变形分析，同时采用ＳＡＰ２０００建立三维荷载－结构模型对内力进行对比分析，具体分析过程如图２所示。
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隧道建设第３０卷从云图上可以看出：伴随着新建商业用房基坑的各个典型截面的沉降变形曲线如图７所示。
开挖，既有地铁结构产生了一定程度的隆起变形。虽然既有地铁结构顶板上方约１／３的土体被挖去，但由车站结构整体性较好，刚度较大，隆起变形绝对值较小，结构底板的隆起最大值为３．３ｍｍ，位于变形缝西侧；西南出入口相对来讲刚度较小，且上部大范围土体被挖去，隆起变形绝对值要比车站主体结构稍大一些，结构底板的隆起最大值为４．２８ｍｍ，位于西南出入口南侧中部；既有地铁车站的附加水平位移相对较小，最大值为０．８８ｍｍ，不作为考虑的重点。
等，考虑不利情况下基坑开挖对既有车站结构的影响，分析车站是否安全。某城市地铁车站建成并运营后，车站区域存有较大范围的空地，且该地段处于商业黄金区，考虑在此空地开发建设两个区域（ＡＢ区和Ｃ区）地上２层、地下局部１层的框架结构商业用房。车站主体埋深很小，
图１地铁与新建房屋的空间位置关系图Ｆｉｇ．１ＳｐａｔｉａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｅｘｉｓｔｉｎｇＭｅｔｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｏｂｅｂｕｉｌｔｂｕｉｌｄｉｎｇ
ＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥｘｉｓｔｉｎｇＭｅｔｒｏＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｆｔｅｒＵｎｌｏａｄｉｎｇｏｆＣｏｖｅｒｉｎｇＳｏｉｌ
２．２计算参数考虑模型范围内地层不均匀分布，特将性质相近
图２既有地铁结构影响性分析流程图Ｆｉｇ．２ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆａｎａｌｙｓｉｓｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｅｘｉｓｔｉｎｇＭｅｔｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
矩形截面梁单元模拟。
图３地层－结构模型整体网格划分图Ｆｉｇ．３Ｓｔｒａｔａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｄｉｖ结构模型图Ｆｉｇ．４ＬｏａｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｏｆＭｅｔｒｏｓｔａｔｉｏｎ
２分析模型及参数
２．１分析模型分别采用ＦＬＡＣ３Ｄ和ＳＡＰ２０００软件建立地层－结构模型和荷载－结构模型，模型图如图３，４所示。地层－结构模型采用大变形理论，土体采用实体单元。既有地铁结构模型依据不同的评估内容分别用壳单元、梁单元和实体单元模拟。荷载－结构模型中结构体系为板－柱组成的箱型结构。板用Ｓｈｅｌｌ－Ｔｈｉｃｋ壳单元模拟，梁、柱用Ｆｒａｍｅ
ＷＡＮＧＷｅｉｆｅｎｇ，ＢＩＪｕｎｌｉ
（ＢｅｉｊｉｎｇＵｒｂａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３７）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅｔｏｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｕｎｌｏａｄｉｎｇｏｆｔｈｅｓｏｉｌａｂｏｖｅｏｒａｒｏｕｎｄｅｘｉｓｔｉｎｇＭｅｔｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｍａｙｃａｕｓｅｔｈｅＭｅｔｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｏｄｉｓｐｌａｃｅｔｏｗａｒｄｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｍａｙｉｎｔｕｒｎｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｎｔｈｅｒａｉｌｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭｅｔｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ＴｈｅｃａｓｅｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｅｘｃａｖａｔｉｏｎａｂｏｖｅｓｔａｔｉｏｎｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＦＬＡＣ３ＤａｎｄＳＡＰ２０００ｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｒｕｌｅｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄａｓｓｅｓｓｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅＭｅｔｒｏｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｃａｎｂｅｓｅｒｖｅｄａｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｉｓｔｉｎｇＭｅｔｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｕｎｌｏａｄｉｎｇ；ｓｔｒａｔａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ；ｌｏａｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ～５ｍ。车站与新建房屋的空间位置关系如图１所示。约３
收稿日期：２０１０－０１－２８；修稿日期：２０１０－０５－２１作者简介：王伟锋（１９７９ —），男，河南兰考人，２００７年毕业于北京交通大学岩土工程专业，硕士，工程师，现从事隧道与地下空间工程等的安全风险评估、管理、咨询及相关科研工作。
隧道建设第３０卷增刊１ｏｌ．３０Ｓｕｐ．１Ｖ２０１０年８月Ａｕｇ．２０１０ＴｕｎｎｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
既有地铁结构覆土卸荷后变位及力学分析
力／ｋＰａ角／（ ° ）
４．０９．０１．０１０．０到底
１８．５１９．３１９．６１９．３２２．５
１８１５６５
０．３０．３ —
９．９０．３９．９０．３
新建商业用房的施工模拟主要涉及卸载过程，在