心大集团

２０１２年９月第９期 城市道桥与防洪 相关专业 ２９３

超高层建筑深基坑开挖及结构回筑对近距离相邻

地铁区间结构的影响分析

孙 曼

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市２￣０９２）

摘 要：随着上海地下轨道交通事业的不断发展，越来越多的高层建筑紧邻地下轨道交通结构进行建设。为达到保护地

下轨道交通结构的目的。需分析基坑开挖至结构回筑施工全过程对地下轨道交通结构的影响。应用三维有限元法，分

析某超高层结构从基坑开挖至结构回筑全过程对紧邻地下轨道交通区间隧道的影响，并从中得到区间隧道的变形规

律。

关键词：高层建筑：深基坑；地铁隧道；影响分析；三维有限元法

中图分类号：ＴＵ７５３，Ｕ４５５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１２）０９—０２９３—０４

０引言

随着上海城区地下轨道交通建设事业的蓬勃

发展，以及可开发土地资源的日益减少，紧邻地下

轨道交通结构进行地块开发常常无法避免。根据

相关保护条例，紧邻地下轨道交通的超高层建筑

结构施工，需分析基坑开挖及超高层结构完工后

桩基础对地下轨道交通结构的影响。本文以实际

工程为例，采用三维有限元法对超高层建筑深基

坑开挖及结构回筑施工全过程对近距离轨道交通

区间隧道的影响进行分析，并找到其变形规律，希

望为类似工程提供借鉴。

１工程概况

海南路１０号地块综合开发项目（Ｃ块）位于虹

口区乍浦路以东、海南路以南、吴淞路以西、武进路

以北地块内。项目包括１幢２９层塔楼、地上２层裙

房及３层地下室（靠近地铁区间局部２层）。项目基

坑分为南ｃ１、北Ｃ２两部分。南侧基坑ｃ１分成６个

小坑：近ｌ０号线一侧留出１０ ｍ宽缓冲区，缓冲区

为地下二层，缓冲区内分成４个小坑，３＃～６＃坑，开

挖深度为９．１ ｍ；缓冲区外分成两个小坑，１＃和２＃

坑，其中裙房区坑开挖深度１２．７５ ｍ，塔楼区开挖深

度为１４．０５ ｍ。北侧基坑ｃ２，开挖深度为９．５ ｍ。基

坑位置及划分见图１。基老式高压锅怎么用 坑围护及分隔墙均采用地

－￣Ｆ连续墙，厚度为８００ ｍｍ和６００ ｍｍ。地铁缓冲区

及ｃ２坑设置１道混凝土支撑＋两道钢支撑，其余

坑设置３道混凝土支撑。

基坑Ｃ１、Ｃ２距离轨道交通１０号线盾构区间

收稿日期：２０１２—０８—０１

作者简介：孙曼（１９８１一），男，福建仙游，博士，工程师，现从事地下空

间基坑及结构设计工作。

图１基坑布置总图

最近距离分别为７．７ ｍ和７ ｍ，１０号线隧道中心大

致与ｃ１区裙房坑底齐平，隧道内顶大致与Ｃ２区

坑底齐平。基坑ｃ１西南侧为四川北路车站，车站底

板埋深约１６ ｍ，车站东端头井及三角区距ｃ１围护

边约２２ ｍ，东端头井距Ｃ２围护平面边约４．９ ｍ。

基坑施工顺序为２＃一（５＃、６＃）一１＃一（３＃、４＃）

一ｃ２。为保证工期，２＃基坑结构出地面后即施工

塔楼超高层结构。

场地内土层主要物理力学性质见表１。

２三维数值模型

传统的荷载一结构法只能对结构本身受力特

点进行分析，无法反映土体与结构相互作用以及

土体变形对周边环境的影响。基于连白居易字 续介质的有

限元的地层一结构法撒狗粮的经典句子 可以较为完美地解决这一问

题分手英文 。四川北路ｃ块周边建筑情况复杂，涉及地铁车

站、区间隧道等重要构筑物，故分析采用ＭＩＤＡＳ公

司的岩土工程有限元分析软件ＧＴＳ基于连续介质

有限元法对四川北路ｃ块基坑开挖施工及内部结

构回筑对近距离轨道交通区间结构的影响性进行

分析。

２９４ 相关专业 城市道桥与防洪 ２０１２年９月第９期

表１ 土层物理力学参数表

２ １计算模型

数值模型模拟区域尺寸需在满足分析要求的

情况下考虑计算效率，即兼顾计算结果精度及计

算消耗资源。本次分析目的主要是研究四川北路ｃ

块基坑开挖施工对轨道交通１０号线区间结构的

影响，但由于四ＪｌＩ北路ｃ块周边建筑情况复杂，故

本次模拟范围还包括四川Ｉ北路车站及相邻已建四

川北路Ｂ块结构地下室部分。在确定模型尺寸时，

充分考虑了工程的影响范围，模型边界距离基坑

边不小于５倍基坑开挖深度。Ｃ块基坑桩长最长为

５８ ｍ，取其下方２０ ｍ为模型下表面，即模型下表

面取至距上表面９０ ｍ。有限元模型见图２、图３。

图２有限元整体模型

图３基坑围护体系、车站及隧逼模型

四Ｊｌｆ北路车站梁柱、四川北路Ｂ块梁柱、所有

结构工程桩及Ｃ块基坑内支撑体系采用梁单元模

拟；四川北路车站及Ｂ块顶、中、底板及侧墙，围护

墙体采用板壳单元模拟；模型中所有土体采用实

体单元模拟。土体本构模型采用理想弹塑性模型，

库伦一摩尔屈服准则；其余材料采用理想弹性本

构模型。

模型共计７９ ８２９个单元，７０ ６３４个节点。模型

边界条件均为位移边界条件奖学金评定 。其中地表为自由边

界条件；模型左右前后四侧边界的侧向水平位移

限制为零，竖向自由；模型底部边界的竖向及水平

向位移限制为零。

２．２施工工序模拟

根据问题的需要，结合实际施工工序，对计算

工序和步骤作如下定义：

土体初始应力计算：初始地应力的计算主要考

虑土体自重，计算时四川北路车站，盾构区间及四

川北路Ｂ块地下室作为已建结构模型中已激活；

工序１：施工地下连续墙围护及桩基础。

工序２：２＃基坑施工第一道支撑；

工序３：２＃基坑第一次开挖并施工第二道支撑；

工序４：２撑基坑第二次开学第一周作文 开挖并施工第三道支撑；

工序５：２＃基坑第三次开挖；

工序６：２＃基坑地下室回筑并施工５＃、６｝≠基

坑第一道支撑；

工序７：５＃、６＃基坑第一次开挖并施工第二道

支撑；

工序８：５＃、 基坑第二次开挖并施工第三道

支撑；

工序９：５＃、６＃基坑第三次开挖；

工序１０：５＃、６＃基坑地下室回筑，施工１＃坑

第一道支撑；

工序１ １：１＃基坑第一次开挖并施工第二道支

撑，２样、５＃、６＃地上两层裙房施工；

工序ｌ２：１＃基坑第二次开挖并施工第三道支

２０１２年９月第９期 城市道桥与防洪 相关专业 ２９５

撑，２＃高层结构增加４层；

工序１３：１＃基坑第三次开挖，２＃高层结构增

加４层；

工序１４：ｌ＃基坑地下室回筑至中板，３＃、４＃基

坑施工第一道支撑，２＃高层结构增加４层；

工序１５：３＃、甜基坑第一次开挖并施工第二

道支撑；

工序１６：３＃、４静基坑第二次开挖并施工第三

道支撑；

工序１７：３＃、４＃基坑第三次开挖并回筑至中

板，ｃ２基坑施工第一道支撑，２＃高层结构增加４层；

工序１８：１＃、３＃、４＃基坑地下室顶板浇注，２＃

高层结构增加１１层；

工序１ ９：Ｃ２基坑第一次开挖并施工第二道支撑；

工序２０：ｃ２基坑第二次开挖并施工第三道支撑；

工序２１：ｃ２基坑第三次开挖并施工底板，

．【＃、３＃、４＃地上两层裙房施工。

３数值分析结果

３．１隧道结构位移

在地铁上、下行线盾构区间隧道上选取施工过

程中竖向、水平位移最大的点作为特征点，见图４。

每条隧道各选取两点。图５、图６给出了该特征点

竖向位移、水平位移随ｃ块施工工序的变化曲线。

ｎＯａ２

０伪Ｏ

０Ｏ２

Ｅ

似

茹．ｏｏｏ６

∞８

．ｏ．ｏ１Ｏ

图４隧道衬砌特征点位置示意

＋衬砌特征点１

—・一对砌特征点２

施工工序 步

图５隧道特征点竖向位移随工序变化曲线

Ｕ ２ ４ ８ １０ １２ １４ １６ １８ 挪

籀工工序／步

图６隧道特征点水平位移随工序变化曲线

图５表明：（１）特征点１及特征点３位移曲线

变化趋势较为相近，竖向极值点均发生于工序５

及工序９，这是因为特征点１及３基本位于基坑

２＃、５＃、６＃中轴线上。基坑２＃、５＃、６＃开挖到底时，

两特征点竖向位移达到极大值，但特征点３距离

基坑较远，故位移值较特征点１小。工序９以后，

特征点１、３竖向变形减小，这是因为周边ｌ＃、３＃、

４群坑开挖的影响小于２＃、５｝｝、６＃坑结构回筑的影

响，结构回筑造成特征点１、３在前期沉降的基础

上隆起。（２）特征点２及特征点４曲线变化趋势较

为相近，由于基坑千岛湖梅峰岛 ２＃、５＃、 开挖对其影响较小，

因此特征点在工序９之前竖向变形较小。两点竖

向变形极值点均发生于工序ｌ３及工序ｌ７，这是因

为特征点２及４位于基坑１＃、３＃、甜中轴位置。基

坑１＃、３＃、甜开挖到底时，两特征点竖向位移达到

极大值。（３）特征点１、３因其离基坑较近竖向位移

大于特征点２、４。

图５中，特征点１最大竖向变形发生在工序

９，最大沉降量为６．Ｏ０ ｍｍ。特征点２最大竖向发生

在工序１７，最大沉降量为７．３８ ｍｍ。特征点３最大

竖向变形发生在工序９，最大沉降量为１．３９ ｍｍ。

特征点４最大竖向变形发生在工序１７，最大沉降

量为３．１７ ｍｍ。

图６表明，特征点侧向位移极大值发生规律

同竖向位移曲线相似。值得说明的是，基坑结构回

筑对竖向位移和侧向位移的影响程度不同。通过

图５与图６的比较表明，结构回筑对竖向位移影

响较大，对水平位移影响较小。

图６中，特征点１最大水平位移发生在工序９，

最大位移量为７．９５ ｍｍ，最终位移量为６．４６ ｍｍ。特

征点２最大水平位移发生在工序１语文修辞 ７，最大位移量

为６．５１ ｍｍ，最终位移量为５．４１ ｍｍ。特征点３最大

水平位移发生在工序９，最大位移量为５．３１ ｍｍ，最

终位移量为３．８０ ｍｍ。特征点４最大水平位移发生

啦 瞄 瞄 啪

ｎ ｎ ｎ 趣 ｎ

Ｅ＼簿 ＊

２９６ 相关专业 城市道桥与防洪 ２０１２年９月第９期

在工序１７，最大位移量为５．２ ｍｍ，最终位移量为

３．９０ ｍｍ。

３．２隧道结构纵向变形

三维有限元数值模型所涵盖的隧道的长度约

为２４０ ｍ。图７及图８给出了在各主要工序下，近

基坑侧区间隧道纵向变形曲线。从图７中可以看

到，随着２＃、５样、 基坑开挖，隧道中部竖向变形

增大，最大竖向变形发生于距车站工作井约１３０ ＩＴＩ

位置。随ｌ＃、３群、４＃基坑开挖，隧道最大竖向变形

由中部转向左侧，距离车站工作井约７０ Ｉｎ位置，

已发生于中部的竖向变形由于回筑加载显著减

小。随Ｃ２基坑开挖，隧道最大竖向变形位置进一

步左移，发生于距离车站工作井约４０ ＩＩ１位置处。

而图８中，２襻、５＃、 基坑开挖时，隧道中部水平变

形增大，但基坑１＃、３＃、斜开挖后，隧道左侧也产

生一个位移极值点，而中部位移并没有减小，形成

“双峰”曲线。

０Ｏ∞

Ｏ０００

Ｅ ｎＯ∞

薄

．０００４

主

巅

－０Ｏ∞

－０Ｏ∞

匝车站工作并距膏／ｍ

图７近基坑侧区间隧道结构变形曲线（竖向位移）

ｏ ｏｏｏ

－ｏＯ

Ｅ－ｏ００４

避

也Ｏ∞

薹

．Ｏ∞

－２＠ｏ ２ｏ ４ｏ∞曲ｌＯＯ１２ｏ１４ｏ１＠ｏ１８ｏ ２０ｏ ２２０ ２４０ ２６０

鼯车站工作井距离 ｍ

图８近基坑侧区间隧道结构变形曲线ｆ水平位移）

４结论

通过以上分析可以得出以下结论：

（１）地铁隧道施工过程中最大变形为９．９６ ｍｍ。

开挖造成的隧道纵向变形的最大附加曲率半径为

６３ ５００ ｍ，最大相对弯曲为１／１０ ０００，均满足保护

要求。

（２）结构回筑对隧道竖向变形量的影响远大

于对隧道水平变形量的影响。由于２＃基坑内超高

层建筑回筑加载影响，最终近基坑侧区间隧道竖

向变形曲线最大竖向变形发生于１择、３＃、４＃基坑

对应位置，呈“单峰”形态。近基坑侧区间隧道水平

变形受结构回筑影响较小，最终水平变形曲线呈

“双峰”形态。

参考文献

【１］上海市市政工程管理局．上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技

术管理暂行规定【Ｚ】．１９９４．

［２】王卫东，王建华．深基坑支护结构与主体结构相结合的设计、分

析与实例［Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，２００７．

国际交通科技年会在京举行

第十二届国际交通科技年会日前在北京召开。大会由交通部公路院、北京航空航天大学、海外华人交

通协会（ＣＯＴＡ）联合主办。大会为综合交通系统智能化、信息化、协同化等热点领域和前沿技术的探讨提

供了一个国际化平台。

本次会议以“便捷、安全、经济、高效的综合交通运输”为主题，共收录论文３７０余篇，设立９个学术论

文专题分会场、３个国际特邀专家分会场、５个ＣＯＴＡ特邀专家分会场、５个国内专家分会场以及政府论

坛、世界银行论坛等。主题报告数量达到１４０余人次。会议期间还邀请国内重点实验室、交通领域知名企

业开展了技术成果展示。

来自中国、美国、德国、英国、加拿大等国家的３５０余人参加了会议。国家ＩＴＳ中心还获得了海外华

交通协会颁发的最佳活动组织奖。