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摘要：随着我国城市人口密度的不断增加，交通拥堵已成为多数城市普遍存在的问题。近年来，开发地下空间与建设轨道交通在城市发展过程中显得尤为重要，地铁逐渐成为城市交通的主要动脉，其运量大、速度快、污染少、乘坐舒适方便等特点被世界上许多城市所青睐。目前，修建城市地铁车站主要有明挖法、暗挖法与盖挖法等方法。下面本文就分别对盖挖逆作法和常规明挖顺作法施工造成的基坑周边沉降进行了数值模拟;同时开展了施工期间基坑周边的变形监测，对监测数据进行了整理和分析;并将现场实测数据和两种施工方案下的数值模拟结果进行了对比分析，比较结果。
关键词：深基坑工程;变形监测;盖挖逆作法
1工程概况
拟建地铁5号线积玉桥站位于长江中游江汉平原东部的汉水与长江交汇处，总体地势东高西低，南高北低。以丘陵与平原相间的波状起伏地形为主，场区地貌单元属于长江冲积Ⅰ级阶地河流堆积平原区，地表高程介于19.81～25.85m之间。积玉桥站总长315m，标准段外包宽21.3m，主体结构顶板覆土厚度为2.3～2.6m，底板埋深17.5m，设计为地下两层12m岛式车站。基坑底位于3-4a粉质黏土层和3-2黏土层上。主体结构为钢筋混凝土箱型结构，围护结构采用地连墙+内支撑（结构板），围护结构与主体结构采用复合墙的连接方式进行连接。
2数值分析模型构建
2.1土体硬化模型及其参数
在利用有限元软件解决实际工程问题的过程中，采用合适的本构模型和计算参数是保证计算结果准确性的关键。从工程需要角度出发，本文采用既能同时考虑剪切硬化和压缩硬化、又能区分加载和卸载且考虑了土的膨胀和压缩屈服面的土体硬化模型。
土体硬化模型属于二阶高级本构模型，可以用于描述三轴试验和固结试验所揭示的绝大多数土体的变形特征。相比于弹塑性本构模型，该模型的应力-应变曲线采用双曲线描述，能够较好地与试验实测的应力-应变曲线进行拟合，同时能反映土体刚度应力相关性和双曲线属性，进而增加了结果的准确性。
用于有限元软件建模的计算参数参考了该工程所在地的地勘报告的推荐值。另外地勘报告还提供了该地区不同类型土体的压缩模量ES（0.1～0.2），通常认为土体的切线模量Erefoed=（1～2）ES（0.1～0.2）。在Plaxis的材料模型手册中，系统默认有Eref50=Erefoed，Erefur=3Eref50，因此将各个土层强度、刚度等基本力学参数整理如表1所列。
2.2Plaxis有限元模型
在使用Plaxis有限元软件进行数值分析时，采用截断边界的方法分别选取建模影响深度为基底深度的2～4倍，影响宽度为开挖宽度的3～4倍。鉴于此，取模型X轴范围为0～350m，Y轴范围为0～300m，Z轴范围为0～50m。在建模过程中，为简化结构计算，对部分工程参数进行了简化假设：内支撑均采用线弹性模型;地下连续墙采用同等厚度的板进行模拟;由于2座地铁站沿其宽度方向均几乎呈几何对称，故选取结构宽度的1/2进行分析，如图1所示。
3模拟结果分析
3.1盖挖逆作法施工模拟
由于基坑开挖至坑底时坑内外地表沉降量达到最大值，故选取该时刻地表沉降云图进行分析。从模拟结果可以看出，该地铁站基坑的开挖导致其周围地表的下沉和基坑坑底的隆起，也间接影响了其周围已有建筑物，使其进一步下沉。在基坑开挖至坑底时，整个模型最大沉降值达到12.7mm，仍小于报警值。为进一步探求基坑开挖至坑底处时，沿基坑长度方向不同位置处的地表沉降量，以及基坑的开挖对坑周已有建筑造成的沉降变化。依次选取该工况下模型的几个典型位置剖面进行分析，如图2所示。
将图2中3个剖面进行对比可以看出，越接近基坑中部位置，坑外地表沉降量与坑底回弹变形越大，基坑整体变形特征呈现中间大两端小的态势。另外，3个剖面附近位置均有已有建筑，越接近基坑长边中部位置的已有建筑沉降量越大。
3.2明挖顺作法施工模拟
为反应盖挖逆作法施工工艺相对其他施工方法对周围地表、建筑物具有不同的影响特征，选取传统明挖顺作法进行比较分析。在其他条件都相同的前提下，仅将施工工艺更改为明挖顺作法，进行建模，将其地表沉降结果与盖挖逆作法进行比较可以看出，同等工况下若采用明挖顺作法施工，整个模型呈现大面积的深色，反应了明挖顺作法造成了更大面积的地表沉降，以及更大的坑底回弹。
4基坑变形监测及对比分析
4.1现场监测
将基坑周围地表沉降以及坑底隆起作為主要监测内容，结合建筑变形监测规范，将测点布置依据、监测频率、监测精度、仪器以及控制值汇总如表2所列。
根据基坑测点布置依据，选取典型测点位置土体与结构的变形特征进行分析，如图3所示。
4.2监测结果及对比分析
选取基坑长边中部位置处的地表沉降监测值进行分析，并与2种不同施工工艺在数值模型中相应位置节点处土体变形特征进行比较，结果如图4所示。
图4反映出距基坑距离越远，坑外土体沉降量呈现先增加后减少的变化趋势，说明距离基坑距离越近的已建建筑越容易收到基坑开挖的影响，造成其发生沉降变形。因此，在实际工程中，采用盖挖逆作法施工除能尽快恢复路面交通，减少交通道路改移的不利影响外，还能有效降低对基坑周围已有建筑的影响。
结语
2种施工工艺的模拟结果均表明，坑外地表沉降沿地铁车站长边方向呈中间大两端小的变化特征。该规律具有良好的指导意义，可在未来同类基坑的设计与施工过程中，重点监测该区域的变形，尽可能减少安全事故的发生。
参考文献
[1]苏建峰.某超大面积地下室盖挖逆作法技术研究[J].福建建筑，2020（08）：77-80.
[2]殷文涛.结合城市主干道升级改造的盖挖逆作法车站设计关键技术研究[J].交通与运输，2020，33（S1）：154-157+161.
[3]陶连金，代希彤，黄美群，张宇，吴晓娲.盖挖逆作法与明挖顺作法施工变形控制对比[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2020，39（02）：136-144.
[4]张振义，陈雾航，许有俊，李文博.基于AM桩盖挖逆作地铁车站施工力学有限元分析[J].隧道建设（中英文），2020，40（02）：189-194.
[5]白冰.地下人防工程盖挖逆作法施工过程模拟及风险控制技术研究[D].哈尔滨工业大学，2019.
关键词：深基坑工程;变形监测;盖挖逆作法
1工程概况
拟建地铁5号线积玉桥站位于长江中游江汉平原东部的汉水与长江交汇处，总体地势东高西低，南高北低。以丘陵与平原相间的波状起伏地形为主，场区地貌单元属于长江冲积Ⅰ级阶地河流堆积平原区，地表高程介于19.81～25.85m之间。积玉桥站总长315m，标准段外包宽21.3m，主体结构顶板覆土厚度为2.3～2.6m，底板埋深17.5m，设计为地下两层12m岛式车站。基坑底位于3-4a粉质黏土层和3-2黏土层上。主体结构为钢筋混凝土箱型结构，围护结构采用地连墙+内支撑（结构板），围护结构与主体结构采用复合墙的连接方式进行连接。
2数值分析模型构建
2.1土体硬化模型及其参数
在利用有限元软件解决实际工程问题的过程中，采用合适的本构模型和计算参数是保证计算结果准确性的关键。从工程需要角度出发，本文采用既能同时考虑剪切硬化和压缩硬化、又能区分加载和卸载且考虑了土的膨胀和压缩屈服面的土体硬化模型。
土体硬化模型属于二阶高级本构模型，可以用于描述三轴试验和固结试验所揭示的绝大多数土体的变形特征。相比于弹塑性本构模型，该模型的应力-应变曲线采用双曲线描述，能够较好地与试验实测的应力-应变曲线进行拟合，同时能反映土体刚度应力相关性和双曲线属性，进而增加了结果的准确性。
用于有限元软件建模的计算参数参考了该工程所在地的地勘报告的推荐值。另外地勘报告还提供了该地区不同类型土体的压缩模量ES（0.1～0.2），通常认为土体的切线模量Erefoed=（1～2）ES（0.1～0.2）。在Plaxis的材料模型手册中，系统默认有Eref50=Erefoed，Erefur=3Eref50，因此将各个土层强度、刚度等基本力学参数整理如表1所列。
2.2Plaxis有限元模型
在使用Plaxis有限元软件进行数值分析时，采用截断边界的方法分别选取建模影响深度为基底深度的2～4倍，影响宽度为开挖宽度的3～4倍。鉴于此，取模型X轴范围为0～350m，Y轴范围为0～300m，Z轴范围为0～50m。在建模过程中，为简化结构计算，对部分工程参数进行了简化假设：内支撑均采用线弹性模型;地下连续墙采用同等厚度的板进行模拟;由于2座地铁站沿其宽度方向均几乎呈几何对称，故选取结构宽度的1/2进行分析，如图1所示。
3模拟结果分析
3.1盖挖逆作法施工模拟
由于基坑开挖至坑底时坑内外地表沉降量达到最大值，故选取该时刻地表沉降云图进行分析。从模拟结果可以看出，该地铁站基坑的开挖导致其周围地表的下沉和基坑坑底的隆起，也间接影响了其周围已有建筑物，使其进一步下沉。在基坑开挖至坑底时，整个模型最大沉降值达到12.7mm，仍小于报警值。为进一步探求基坑开挖至坑底处时，沿基坑长度方向不同位置处的地表沉降量，以及基坑的开挖对坑周已有建筑造成的沉降变化。依次选取该工况下模型的几个典型位置剖面进行分析，如图2所示。
将图2中3个剖面进行对比可以看出，越接近基坑中部位置，坑外地表沉降量与坑底回弹变形越大，基坑整体变形特征呈现中间大两端小的态势。另外，3个剖面附近位置均有已有建筑，越接近基坑长边中部位置的已有建筑沉降量越大。
3.2明挖顺作法施工模拟
为反应盖挖逆作法施工工艺相对其他施工方法对周围地表、建筑物具有不同的影响特征，选取传统明挖顺作法进行比较分析。在其他条件都相同的前提下，仅将施工工艺更改为明挖顺作法，进行建模，将其地表沉降结果与盖挖逆作法进行比较可以看出，同等工况下若采用明挖顺作法施工，整个模型呈现大面积的深色，反应了明挖顺作法造成了更大面积的地表沉降，以及更大的坑底回弹。
4基坑变形监测及对比分析
4.1现场监测
将基坑周围地表沉降以及坑底隆起作為主要监测内容，结合建筑变形监测规范，将测点布置依据、监测频率、监测精度、仪器以及控制值汇总如表2所列。
根据基坑测点布置依据，选取典型测点位置土体与结构的变形特征进行分析，如图3所示。
4.2监测结果及对比分析
选取基坑长边中部位置处的地表沉降监测值进行分析，并与2种不同施工工艺在数值模型中相应位置节点处土体变形特征进行比较，结果如图4所示。
图4反映出距基坑距离越远，坑外土体沉降量呈现先增加后减少的变化趋势，说明距离基坑距离越近的已建建筑越容易收到基坑开挖的影响，造成其发生沉降变形。因此，在实际工程中，采用盖挖逆作法施工除能尽快恢复路面交通，减少交通道路改移的不利影响外，还能有效降低对基坑周围已有建筑的影响。
结语
2种施工工艺的模拟结果均表明，坑外地表沉降沿地铁车站长边方向呈中间大两端小的变化特征。该规律具有良好的指导意义，可在未来同类基坑的设计与施工过程中，重点监测该区域的变形，尽可能减少安全事故的发生。
参考文献
[1]苏建峰.某超大面积地下室盖挖逆作法技术研究[J].福建建筑，2020（08）：77-80.
[2]殷文涛.结合城市主干道升级改造的盖挖逆作法车站设计关键技术研究[J].交通与运输，2020，33（S1）：154-157+161.
[3]陶连金，代希彤，黄美群，张宇，吴晓娲.盖挖逆作法与明挖顺作法施工变形控制对比[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2020，39（02）：136-144.
[4]张振义，陈雾航，许有俊，李文博.基于AM桩盖挖逆作地铁车站施工力学有限元分析[J].隧道建设（中英文），2020，40（02）：189-194.
[5]白冰.地下人防工程盖挖逆作法施工过程模拟及风险控制技术研究[D].哈尔滨工业大学，2019.