地铁车站两侧零距离深基坑开挖影响数值模拟

Numerical Simulation on the Excavation Effects of Zero-Distance Deep Foundation Pits at Both Sides of Metro Station

摘要

针对既有车站两侧“零距离”深基坑开挖严重威胁车站结构服役安全的问题，以某地铁车站两侧清障井基坑项目为背景，采用三维数值模拟方法，对比四基坑和双基坑2种方案对地表沉降、围护结构侧移、车站侧墙和既有车站结构底板的影响，按较优方案施工并以实测数据验证数值模拟的正确性。结果表明：四基坑和双基坑方案引起地表最大沉降分别为0.24和5.33 mm；2种方案引起的地下连续墙最大侧移分别为5.5和14.4 mm，2种方案均会引起车站侧墙发生朝向基坑内的侧移，最大位移分别为1和4 mm，且最大侧移出现在墙底；2种方案引起既有车站底板大致呈“马鞍状”隆起形态分布，但最大隆起均小于规范的预警值；2种方案均能保证既有车站两侧“零距离”深基坑的开挖过程安全和地铁车站结构安全；双基坑方案的既有车站结构底板实测位移分布与数值模拟结果高度吻合，实测和模拟的最大隆起位移分别为1.00和0.88 mm，该方案不仅安全可靠，而且兼顾了施工简便与工期可控。

Abstract

Regarding the problem that the zero-distance deep foundation pit excavations at both sides of the existing metro station seriously threaten the service the safety of station structure, a foundation pit project of obstacle clearance wells at both sides of a metro station is taken as the background. The three-dimensional numerical simulation method is adopted to compare the effects of four foundation pits and double foundation pits on the ground settlements, lateral displacement of retaining structure, station side wall and structure base slab of existing metro station. Then, the construction is implemented based on the comparatively superior plan, and the correctness of the numerical simulation model is verified with measured data. The results show that the maximum ground surface settlements induced by four foundation pits and double foundation pits are 0.24 and 5.33 mm, respectively. The maximum lateral displacements of the diaphragm wall induced by these 2 schemes are 5.5 and 14.4 mm, respectively. Both of them will cause the lateral displacement of the station side wall towards the foundation pit, with the maximum lateral displacements of 1 and 4 mm, respectively, and the maximum lateral displacement appears at the wall bottom. The 2 schemes both lead to a roughly "saddle-shaped" uplift distribution on the existing station base slab, but the maximum uplifts are both below the code warning value. These 2 can both ensure the safety of the excavation process of zero-distance deep foundation pits at both sides of the existing metro station and the structural safety of the metro station. The measured displacement distribution of the existing metro station base slab for the double foundation pits scheme exhibits excellent agreement with the numerical simulation results, with the maximum uplift displacements for the measurement and the simulation of 1.00 and 0.88 mm, respectively. This scheme not only demonstrates reliable safety performance, but also achieves a balance between construction simplicity and schedule controllability.

Graphical abstract

关键词

深基坑 / 地铁车站结构服役安全 / 地表沉降 / 围护结构 / 有限元分析

Key words

Deep foundation pit / Service safety of metro station structure / Ground surface settlement / Retaining structure / Finite element analysis

近年来，城市轨道交通迅猛发展，国内超过61个城市开通地铁线路，总运营里程超过1.1万km^［1］。在城市地铁线路建设的同时，大量的地铁车站亦相应配套建设；而随着城市地下空间开发进程的加快，紧靠既有地铁车站旁侧深基坑工程亦日益增多。深基坑开挖将不可避免打破既有地层平衡状态，在基坑开挖卸载过程中诱发地层变位，引起紧邻地铁车站地下围护结构变形和内力增加，甚至导致列车轨道错动，从而极大威胁既有结构安全和服役性能。在紧邻基坑开挖施工过程中，如何减少开挖施工对旁侧地铁车站结构变形的影响、确保列车运营安全，无疑是当前紧邻地铁车站深基坑设计和施工面临的难题之一。

国内外诸多学者开展了基坑开挖对地铁车站和隧道影响的相关研究。张国亮等^［2］、程玉兰等^［3］通过三维数值模拟分析了深圳地铁前海湾站超长、超深基坑开挖全过程对紧贴鲤鱼门既有地铁车站影响。袁运涛等^［4］针对紧邻苏州地铁1号线星海地铁车站深基坑工程项目，提出了考虑车站影响的基坑支护设计和施工优化方案。丁习富等^［5］通过二维数值仿真分析研究了紧靠地铁车站基坑开挖对既有车站结构变形影响，指出对基坑与车站结构之间的夹土加固可有效降低开挖对车站的影响。丁乐^［6］通过三维数值模拟评估了超近距离大面积基坑开挖对广州西朗地铁车站变形影响。Tan等^［7］通过实测数据分析了硬黏土地层超大基坑分区开挖对地铁车站和区间盾构隧道的影响。Shi等^［8］通过实测数据分析了大型三角形基坑开挖过程中紧邻地铁车站和明挖隧道变形规律，指出超深基坑开挖会导致车站和明挖隧道发生明显隆起位移。Liao等^［9］通过有限元分析发现深基坑开挖会引起旁侧地铁车站结构旋转并产生剪切效应，指出紧邻深基坑开挖会导致既有车站轨道扭曲从而威胁列车运营安全。曹前等^［10］采用MIDAS/GTS模拟软件，研究了与既有车站同深度且共墙狭长基坑开挖对既有地铁车站的影响，指出明挖顺作施工段诱发的墙体隆起量大于盖挖逆作段的。王志杰等^［11］基于板壳理论，提出了大型基坑单侧开挖对既有车站变形理论解答。Liang等^［12］通过大量实测数据，分析了软土地基超大基坑分区开挖施工过程地铁车站和区间盾构隧道变形发展规律，指出基坑开挖过程中车站结构出现了隆起而区间隧道发生了沉降变形。王立新等^［13］通过三维数值模拟研究了黄土地层深基坑开挖对旁侧既有地铁车站影响。张江华等^［14］通过有限元研究了基坑开挖方式对邻近地铁车站的影响，指出采用盘式开挖和预留基坑土体宽度均可有效降低基坑开挖对车站的影响。邹传仁等^［15］基于数值模拟方法研究了梯形基坑开挖对地铁车站及附属结构物位移影响，指出采用隔离桩可有效减小邻近地铁车站的变形。陈伟登^［16］研究了土岩结合地层中超大异型基坑开挖对紧靠地铁车站结构和钢便桥变形影响，提出采用架设临时混凝土支撑的优化措施，可有效限制基坑围护结构的侧移，从而减少基坑开挖对车站结构的影响。凌同华等^［17］通过三维数值模拟发现旁侧深基坑与既有地铁车站共墙时，基坑开挖会诱发车站中部底板隆起并引起车站围护结构朝基坑内侧向位移。李方利^［18］指出在既有车站侧向和底部注浆，可以有效降低临近深基坑开挖对既有车站结构的影响。

总结现有研究发现，目前研究主要关注单侧深大基坑开挖下对紧邻既有隧道和车站的结构响应问题。既有车站结构两侧深基坑同时施作基坑的风险明显高于单侧基坑开挖，而相关研究鲜有报道。

本文以某地铁车站两侧清障井深基坑开挖为工程背景，通过数值模拟方法对比四基坑方案和双基坑方案，探究地铁车站两侧零距离清障井对既有车站结构、围护结构变形与周围地层影响，分析2种方案的特点并将最终选用方案的数值模拟结果与施工中的实测数据进行对比，以期研究成果为今后类似工程提供经验。

1 工程施工难点及工程地质条件

1.1　工程概况及难点

某地新建地铁隧道在设计上与既有地铁车站垂直相交。拟穿越车站为岛式车站结构，车站主体结构由顶板、中板、底板以及墙体组成，厚度依次为0.8，0.4，0.9和0.7 m。车站顶板位于地面以下2.4 m，中板到顶板和底板的距离分别为5.6和7.3 m。墙体外为厚0.8 m的地下连续墙，深度为地面以下26.0 m。但该车站的地下连续墙并未为紧邻新建工程预留穿越空间，车站在结构上也未设置抗浮措施。

分析施工风险后，决定在该车站两侧开挖清障井基坑，作为凿除地下连续墙的作业空间，规避隧道修建时盾构切削地下连续墙过程中的潜在施工风险，减少开挖对紧邻车站的扰动。基坑施工范围及基坑与既有车站间的位置关系如图1所示。受施工场地限制和新建隧道埋深影响，该清障井基坑工程不仅开挖深度大于车站地下连续墙埋深，而且基坑的地下连续墙不得不紧贴车站的地下连续墙，两侧清障井距离既有车站几乎为“零距离”。可见，在距离车站“零距离”的两侧清障井基坑开挖过程中，需要同时满足双重控制要求：一是要保证基坑开挖的稳定性；二是考虑到基坑开挖会威胁既有车站结构安全，特别是会威胁承担地铁站台层功能的车站底板的结构安全，要保证车站底板的变形在可控范围内，严格避免其结构变形影响列车运营安全。

1.2　工程地质条件

拟建场地处长江南岸Ⅰ级阶地全新统冲积区，地势开阔、地形平坦，地面高程21.60～21.95 m。基坑开挖范围内，自上而下的主要地层分布以及地层物理力学参数见表1。其中3-1粉质黏土透水性弱，具有隔水性；而下部的4-1和4-2粉细砂层以及4-3细砂层渗透性高，与3 km外长江水位有水力联系，具有承压性，承压水位标高约18.5 m，呈季节性变化。车站基坑底位于4-2粉细砂层，基坑开挖时，粉砂受地下水动力作用会产生流砂现象，导致突涌现象的发生；较大的承压水压力也会造成地下连续墙墙体出现较大的侧移量。一旦墙体出现连续性渗水现象，将对基坑造成安全隐患，并波及邻近既有车站结构和地下管线。

2 基坑施工方案

设计之初提出2种清障井基坑施工方案，并根据基坑开挖数量分别简称为四基坑方案和双基坑方案。2种方案下的基坑平面和支护结构剖面分别如图2和图3所示。图2中：点A和B均为选定测点，在后续数值模拟时用于监测并分析墙体变形；点A位于基坑长边中点位置处，用于分析基坑地下连续墙侧向位移；点B为点A在平面上的镜像点，用于分析既有车站的墙体侧移；沉降测线均位于基坑长度中间，用于分析基坑诱发地表位移情况。结合图2和图3可知：2种方案下的开挖深度均超过既有车站地下连续墙埋置深度，且四基坑方案的开挖深度比双基坑方案的深0.9 m。

四基坑方案是在既有车站南北两侧各开挖2个基坑。每个基坑设计尺寸相同，长和宽分别为11.0和7.6 m，开挖深度为28.1 m，同侧基坑间距为8.0 m；围护结构采用厚800 mm、深45 m的地下墙结合7道内支撑，其中第1—第4道支撑均采用截面为800 mm×800 mm的钢筋混凝土，其余采用直径800 mm、壁厚20 mm的Q235钢管；基坑底部实施全方位高压喷射工法（MJS）加固，以减少墙体的水平侧移。

为减少基坑开挖卸载引起的不平衡地层压力，4个基坑开挖和支护同步进行，主要施工和开挖流程如下。

（1）工况1：施作既有车站两侧基坑地下连续墙，基坑底部实施MJS加固，开挖至-0.6 m（负值表示向下开挖），墙顶处浇筑第1道钢筋混凝土支撑。

（2）工况2：开挖至-3.7 m处架浇筑第2道钢筋混凝土支撑。

（3）工况3：开挖至-9.1 m处架浇筑第3道钢筋混凝土支撑。

（4）工况4：开挖至-15.3 m处架浇筑第4道钢筋混凝土支撑。

（5）工况5：开挖至-19.0 m处架设第5道钢支撑。

（6）工况6：开挖至-22.3 m处架设第6道钢支撑。

（7）工况7：开挖至-25.6 m处架设第7道钢支撑。

（8）工况8：开挖至-28.1 m处到达设计开挖深度，浇筑底板。

双基坑方案是在既有车站南北两侧各开挖1个基坑。每个基坑设计尺寸相同，长和宽分别为30.0和7.6 m，开挖深度为27.2 m。围护结构采用厚1 200 mm、深45 m的地下墙结合7道内支撑，其中第1、第3、第5道支撑采用截面为800 mm×800 mm的钢筋混凝土，其余采用直径800 mm、壁厚20 mm的Q235钢材钢管；基坑底部同样实施MJS加固。

根据双基坑方案，为避免在基坑开挖过程中既有车站两侧产生不平衡荷载，两侧基坑开挖同步进行，主要开挖施工工况如下。

（1）工况1：施作既有车站两侧基坑地下连续墙，基坑底部实施MJS加固，开挖至-0.6 m，墙顶处浇筑第1道钢筋混凝土支撑。

（2）工况2：开挖至-6.4 m处架设第2道钢支撑。

（3）工况3：开挖至-9.5 m处浇筑第3道钢筋混凝土支撑。

（4）工况4：开挖至-13.9 m处架设第4道钢支撑。

（5）工况5：开挖至-17.0 m处安装第5道钢筋混凝土支撑。

（6）工况6：开挖至-21.2 m处架设第6道钢支撑。

（7）工况7：开挖至-24.5 m处架设第7道钢支撑。

（8）工况8：开挖至-27.2 m处到达设计开挖深度，浇筑底板。

值得注意的是，为保证基坑内无水作业，2种基坑围护结构均为落底式止水帷幕，在开挖过程中始终进行坑内排水，保持地下水位在开挖面下方至少1.0 m距离。

对比四基坑和双基坑方案可以发现，虽然均采用了7道水平支撑，但四基坑方案为先浇筑4道钢筋混凝土支撑再架设3道钢支撑，而双基坑方案则为交替布设4道钢支撑和3道钢筋混凝土支撑；四基坑方案的整体支护刚度更大，总体方案设计更为保守。

3 数值模型

为评价2种方案下不同基坑开挖方式对地层、围护结构的变形和既有车站结构的影响，分析方案设计的合理性，对开挖情况进行三维模拟。所建有限元模型大小均为170 m×200 m×60 m（长×宽×高），按照设计尺寸建立基坑区域范围，计算边界远大于预计基坑开挖影响范围，以降低边界效应对计算结果的影响。图4给出了2种基坑方案有限元模型。

模型中岩土体的本构模型采用能考虑小应变刚度的HS-Small模型，地下连续墙、地铁车站的底板、中板及顶板采用板单元模拟，钢筋混凝土支撑均采用梁单元模拟，车站各层板立柱采用梁单元模拟。钢支撑采用锚杆单元模拟，其轴向刚度为12.5×10⁶ kN。坑底MJS加固体采用线弹性本构模型，弹性模量为21 MPa，泊松比0.2。为模拟紧邻车站的既有荷载，在底板上设置30 kPa的均布荷载。模型中各土层进行有限元计算参数选取见表2。表中：E_{\mathrm{o}\mathrm{e}\mathrm{d}}^{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{f}}为固结试验的参考切线模量；E_{\mathrm{50}}^{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{f}}为三轴固结排水剪切试验的参考割线模量；E_{\mathrm{u}\mathrm{r}}^{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{f}}为三轴固结排水卸载再加载试验的参考卸载再加载模量；G_{\mathrm{0}}^{\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{f}}为小应变刚度试验的参考初始剪切模量；{\gamma }_{\mathrm{0.7}}为剪切模量降低到其70%时所对应的剪应变；{\nu }_{\mathrm{u}\mathrm{r}}为泊松比；m为与模量应力水平相关的幂指数；R_{\mathrm{f}}为破坏比；E为弹性模量；G为剪切模量。考虑到1-1杂填土和3-5粉质黏土、粉土、粉砂互层厚度较薄，均小于1 m，对最终数值模拟结构影响较小，为提高计算效率，不进行土层建模。在有限元网格划分后，四基坑方案共有120 408个单元和170 251个节点；双基坑方案共有115 140个单元和162 880个节点。

4 模拟结果

利用数值模型，分析既有地铁车站“零距离”清障井基坑在2种开挖方案下基坑开挖全过程诱发的地表沉降、地下连续墙侧移和地铁车站变形，对比不同方案下地层环境及围护结构的位移变化。考虑到基坑开挖对车站底板即站台层的不良影响，重点分析2种方案下车站底板隆沉发展特点，确定较优方案。最后，按所选较优方案指导实际工程，并将工程中实测数据与数值模拟结果进行对比。证明所建数值模型的正确性。

4.1　地表沉降对比

基坑开挖诱发的地表沉降量及其范围是评价基坑开挖对周围地层影响的重要因素。图5为2种方案下，开挖过程中坑外沉降测线位移发展曲线。图中：横坐标以车站中点为零点，取正表示向右、取负表示向左；纵坐标沉降取负值表示地表向下沉降，取正值表示向上隆起。由图5可见：2种方案下的地表变形均呈“凹槽型”沉降模式；四基坑方案下，沉降槽的形状较为平缓，最大沉降仅为0.24 mm，凹槽的最低点发生在距基坑边缘7.8 m处，这说明围护结构中前4道钢筋混凝土支撑有效承担了基坑周边土体的侧向压力，极大地限制了墙体的水平变形；双基坑方案下，地表变形基本符合随“沉降随开挖深度的增加而增大”的发展规律，紧贴基坑边缘地表持续性隆起，基坑卸载导致坑内土体回弹，引发地下连续墙向上的摩阻力，由于墙体的回弹而有上抬现象，从而诱发墙顶地表土体隆起，开挖至基底时，紧邻地下连续墙地表最大隆起为0.86 mm，此时最大地表沉降为5.33 mm，凹槽的最低点发生在距离基坑边缘9.0 m处，最大沉降点到基坑距离与开挖深度的比值为0.33。GB 50497—2019《建筑基坑工程监测技术标准》^［19］要求一级基坑开挖引起的地表竖向位移预警值应在25~30 mm，2种方案下最终开挖导致的地表沉降均小于预警值，满足规范要求。

对比2种方案的位移发展过程，可见双基坑方案诱发的地表沉降和基坑边缘隆起量均达更大。主要原因为双基坑方案中的基坑为狭长型，单个基坑长度为四基坑方案中单个基坑长度的2.7倍，这意味着该方案下基坑的开挖卸载效应远超四基坑方案中的，从而导致地表沉降量显著大于四基坑方案中的。此外，双基坑方案中较大的卸荷效应同时引起坑底回弹量明显大于四基坑方案中的，最后致使靠近基坑边缘的隆起位移大于四基坑方案中的。

4.2　地下连续墙侧移对比

图6为2种方案下，完成底板浇筑后的地下连续墙水平位移云图。由图6可见：四基坑方案下，整个开挖过程中的地下连续墙水平位移分布近似于竖向椭圆形；而双基坑方案下的则近似于水平向椭圆形；2种方案下，基坑开挖时的墙体最大水平位移均出现在基坑开挖深度附近，且主要水平位移集中于基坑中部墙体。双基坑开挖导致的墙体最大水平位明显更大，说明将一侧基坑分割为2个较小矩形基坑的方式，可以有效地减少基坑的侧向位移。

为进一步分析2种基坑方案在开挖过程中对基坑地下连续墙的影响，分别获取开挖全过程地下连续墙长度中点位置处（测点A）墙体侧向位移变化。图7为地下连续墙中点（测点A）处地下连续墙侧向位移发展。图中：位移为正时表示墙体朝向坑内变形。由图7可见：2种方案下，基坑开挖过程中产生的墙体变形发展规律基本一致，变形分布呈“凸肚状”，但开挖深度等同时，双基坑方案开挖诱发的墙体侧向位移明显更大；四基坑方案下，随着基坑开挖深度的增加，地下连续墙发生朝向坑内的挠曲变形，最大墙体侧移为5.5 mm，最大墙体侧移出现在墙体深度25 m处；而在双基坑方案下，当开挖至基坑底部时，点A处墙体最大水平位移为14.4 mm，并且最大侧向位移出现在0.9H处（H为最终开挖深度），即地面以下25 m处；相比于双基坑方案，四基坑方案地下连续墙的侧向位移可以减少62%。GB 50497—2019《建筑基坑工程监测技术标准》^［19］规定的一级基坑地下连续墙侧向最大位移的预警值为30~50 mm，即2种方案下的墙体侧移最大值均远小于预警值，满足规范要求。

在开挖整个过程中，双基坑方案下的最大侧向位移增长速率明显更快，主要是因为这一方案中基坑形状和支护刚度的影响。该方案中基坑属于狭长型，长宽比为3.95∶1，且采用了4道钢支撑，整体支撑刚度较弱，这会导致开挖过程中，在墙外水土压力作用下，地下连续墙更容易发生变形，当开挖进入较厚的富水砂层时，地下连续墙后水土压力达到最大，因此导致墙体侧向变形量的突增。相比之下，四基坑方案下没出现该现象，主要原因在于该方案采用的是小型基坑，长宽比仅为1.5∶1，不仅空间效应更显著，而且前4道支撑均为钢筋混凝土，确保了基坑支护刚度整体刚度更大，抵抗侧向水土压力的能力更强。因此，四基坑方案下的地下连续墙侧向变形量明显小于双基坑的。

图8为开挖完成后车站侧墙测点B处侧移。由图8可见：2种方案下的0~15 m范围内墙体均几乎不发生侧移，主要原因是车站三层楼板结构与墙体结合后，产生的较大刚度有效限制了侧墙变形；15 m以下墙体明显发生了朝向基坑一侧的侧移，主要原因为车站侧墙深度仅为26 m，小于2种方案的基坑开挖深度，当基坑深度超过车站地下连续墙深度时，在侧向水土荷载作用下车站下部侧墙朝向基坑方向移动，且最大侧移出现在侧墙底部；双基坑方案诱发的车站侧墙底部位移达4 mm，而四基坑方案诱发的位移为1 mm，即相比之下，四基坑方案可以减少车站墙体的位移。

4.3　既有地铁车站变形对比

图9给出两侧基坑开挖完成后车站底板的位移分布。由图9可见：不管是四基坑还是双基坑方案，在两侧基坑开挖完成后，均引起了底板隆起位移，且位移分布均为靠近墙体两侧较大、中间较小的“马鞍状”；双基坑方案和四基坑方案引起的最大隆起位移分别为0.88和0.75 mm，双基坑方案在底板中部出现了四基坑方案未见的“凹陷”区域，而产生该区域的主要原因是，开挖卸载引起车站两侧墙体外侧水土压力卸荷，造成墙身侧阻力总体下降和坑底下部土体产生回弹，带动车站底板上浮。现行《城市轨道交通结构安全保护技术规范》^［20］要求近接施工影响下轨道交通结构的轨向高差预警值应小于2 mm，其控制值应小于4 mm，结合图9可知，2种方案均完全满足相关规范对轨向高差的控制要求。

4.4　实地监测与数值模拟对比

综合上述有限元数值模拟分析可以发现：“零距离”清障井基坑2种方案中，四基坑方案不仅基坑开挖诱发的地表沉降更小，而且还可以有效地减少地下连续墙的水平位移。但不管是四基坑方案还是双基坑方案，基坑开挖对地铁车站底板的影响是基本一致的。若以减少轨道位移为首要考虑，四基坑方案并无明显的优势，而考虑施工周期的可控性和基坑开挖支护的简便性，采用双基坑方案更为合理。最终施工采用此方案。

为实时反馈基坑开挖影响，在基坑开挖过程中，对地铁线路轨道进行了精力水准监测，监测线布置如图3（b）所示。图10给出了实测和数值模拟2种方法下，既有车站底板竖向位移对比。由图10可见：总体上，实测位移分布和数值模拟结果高度吻合，能够证明数值模拟计算的正确性；随着开挖深度的增加，轨道的隆起位移也不断增加，主要隆起范围与基坑开挖宽度基本一致；实测最大隆起位移仅为1.00 mm，而数值模拟计算结果略小，为0.88 mm；采用双基坑的开挖方案造成的轨道隆起位移在规范限值以内，可以满足GJJ/T 202—2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》^［20］要求。

5 结论

（1）四基坑方案和双基坑方案下，基坑开挖均会诱发地表“凹槽”形沉降，最大沉降分别为0.24和5.33 mm，双基坑方案中的地表沉降明显更大，但仍在规范要求范围以内。

（2）双基坑方案诱发的最大侧移为14.4 mm，而当采用四基坑方案时，地下连续墙的侧向位移可以有效减少62%，墙体最大侧移仅为5.5 mm。2种方案下的墙体最大侧移均远小于规范限定的预警值。

（3）既有车站的侧墙埋深小于两侧基坑的开挖深度，导致两侧基坑开挖引起车站侧墙下部朝向基坑方向发生水平位移，最大侧移出现在侧墙底部。2种方案下，双基坑方案引起的车站墙体侧移更大。

（4）既有车站两侧基坑的开挖卸载打破了既有车站与地层的平衡状态，导致墙身侧阻力总体下降，引起下部土体产生回弹，带动车站底板上浮。2种开挖方案导致的车站底板最大隆起位移均小于1.00 mm，均处于规范引起的安全范围。

（5）按双基坑方案进行开挖作业并监测地铁轨道竖向位移变化，发现实测结果与数值计算结果具有高度一致性，验证了数值模拟方法的正确性。双基坑方案开挖引起的地表沉降、围护结构侧移和车站侧墙位移均相对更大，但各项指标仍在规范容许范围内，可见该方案在安全可靠的基础上兼顾了施工简便与工期可控。

参考文献

[1] 王福文，梁帅文，冯爱军.2024年我国城市轨道交通数据统计与发展分析［J］.隧道建设：中英文，2025，45（2）：425-434.

[2] WANG Fuwen， LIANG Shuaiwen， FENG Aijun. Statistics and Development Analysis of Urban Rail Transit in China in 2024 ［J］. Tunnel Construction， 2025， 45 （2）： 425-434. in Chinese

[3] 张国亮，韩雪峰，李元海，等.新建地铁站基坑与既有车站结构间相互影响的数值分析［J］.隧道建设，2011，31（3）：284-288.

[4] ZHANG Guoliang， HAN Xuefeng， LI Yuanhai， et al. Numerical Simulation on Interaction between New Foundation Pit and Existing Metro Station ［J］. Tunnel Construction， 2011， 31 （3）： 284-288. in Chinese

[5] 程玉兰，王毅红.软土深基坑与邻近地铁车站相互变形影响分析［J］.城市轨道交通研究，2019，22（9）：14-20.

[6] CHENG Yulan， WANG Yihong. Analysis on Mutual Deformation Influence between Deep Soft Soil Foundation Pit and Adjacent Metro Station ［J］. Urban Mass Transit， 2019， 22 （9）： 14-20. in Chinese

[7] 袁运涛，李苏春.临近地铁车站深基坑开挖综合控制研究［J］.地下空间与工程学报，2013，9（4）：843-847.

[8] YUAN Yuntao， LI Suchun. Integrated Control of Deep Excavation Nearby the Subway Station ［J］. Chinese Journal of Underground Space and Engineering， 2013， 9 （4）： 843-847. in Chinese

[9] 丁习富，师海，孟小伟.深基坑开挖与紧邻在建地铁车站影响优化分析［J］.地下空间与工程学报，2014，10（增2）：1817-1822.

[10] DING Xifu， SHI Hai， MENG Xiaowei. Optimization Analysis on Foundation Excavation and Its Effect on the Nearby Subway Station under Construction ［J］. Chinese Journal of Underground Space and Engineering， 2014， 10 （）： 1817-1822. in Chinese

[11] 丁乐.基坑开挖对邻近地铁车站安全影响的三维有限元分析：以西朗公交枢纽站为例［J］.隧道建设：中英文，2015，35（4）：328-334.

[12] DING Le. Case Study on 3D Finite Element Analysis on Influence of Cutting of Foundation Pit on Safety of Existing Adjacent Metro Station ［J］. Tunnel Construction， 2015， 35 （4）： 328-334. in Chinese

[13] TAN Y， LI X， KANG Z J， et al. Zoned Excavation of an Oversized Pit Close to an Existing Metro Line in Stiff Clay： Case Study ［J］. Journal of Performance of Constructed Facilities， 2015， 29 （6）： 04014158.

[14] SHI J W， LIU G B， HUANG P， et al. Interaction between a Large-Scale Triangular Excavation and Adjacent Structures in Shanghai Soft Clay ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology， 2015， 50： 282-295.

[15] LIAO S M， WEI S F， SHEN S L. Structural Responses of Existing Metro Stations to Adjacent Deep Excavations in Suzhou， China ［J］. Journal of Performance of Constructed Facilities， 2016， 30 （4）： 04015089.

[16] 曹前，秦鹏，周云.同深基坑开挖对紧邻地铁车站特性研究［J］.铁道科学与工程学报，2018，15（6）：1494-1500.

[17] CAO Qian， QIN Peng， ZHOU Yun. Study on Characteristics of Subway Station Induced by Excavation of Adjacent Deep Foundation Pit ［J］. Journal of Railway Science and Engineering， 2018， 15 （6）： 1494-1500. in Chinese

[18] 王志杰，周飞聪，周平，等.基于强近接大型基坑单侧开挖卸载既有车站变形理论研究［J］.岩石力学与工程学报，2020，39（10）：2131-2147.

[19] WANG Zhijie， ZHOU Feicong， ZHOU Ping， et al. Research on Deformation Theory of Existing Stations Based on Single Side Excavation and Unloading of Large Foundation Pits with Strong Close Connection ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2020， 39 （10）： 2131-2147. in Chinese

[20] LIANG R Z， WU J， SUN L W， et al. Performances of Adjacent Metro Structures Due to Zoned Excavation of a Large-Scale Basement in Soft Ground ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology， 2021， 117： 104123.

[21] 王立新，王强，李炳龙，等.基坑卸载对临近地铁车站影响的数值模拟研究［J］.西安理工大学学报，2022，38（4）：577-587，602.

[22] WANG Lixin， WANG Qiang， LI Binglong， et al. Numerical Simulation Study on Influence of Foundation Pit Unloading near Adjacent Subway Station ［J］. Journal of Xi’an University of Technology， 2022， 38 （4）： 577-587， 602. in Chinese

[23] 张江华，治福娟，周亚东.考虑时空效应的深基坑开挖对邻近地铁车站的影响［J］.铁道建筑技术，2023（4）：195-197，205.

[24] ZHANG Jianghua， ZHI Fujuan， ZHOU Yadong. Influence of Deep Foundation Pit Excavation on Adjacent Subway Station Considering Space-Time Effect ［J］. Railway Construction Technology， 2023 （4）： 195-197， 205. in Chinese

[25] 邹传仁，付鹏，项锦涛，等.深基坑开挖对邻近地铁车站的变形影响和隔离桩控制效果分析［J］.建筑结构，2023，53（增1）：2809-2814.

[26] ZOU Chuanren， FU Peng， XIANG Jintao， et al. Influence of Deep Foundation Pit Construction on Deformation of Subway Station and Control Effect of Isolation Pile ［J］. Building Structure， 2023， 53 （）： 2809-2814. in Chinese

[27] 陈登伟.紧邻既有车站和钢便桥的超大异形基坑施工方案优化［J］.中外公路，2024，44（6）：11-19.

[28] CHEN Dengwei. Optimization of Construction Scheme of Ultra-Large Special-Shaped Foundation Pit Adjacent to Existing Station and Temporary Steel Bridge ［J］. Journal of China & Foreign Highway， 2024， 44 （6）： 11-19. in Chinese

[29] 凌同华，邹南伟，周坤，等.与既有地铁车站共墙深基坑开挖的变形特征研究［J/OL］.中外公路，1-14［2025-07-17］.

[30] LING Tonghua， ZOU Nanwei， ZHOU Kun， et al. Study on Deformation Characteristics Due to Deep Foundation Pit Excavation Sharing Common Diaphragm Wall with Subway Station ［J/OL］. Journal of China & Foreign Highway， 1-14 ［2025-07-17］. in Chinese

[31] 李方利.卵石土地层地铁深基坑近接既有车站对策及实测分析［J］.铁道建筑技术，2025（5）：129-131，152.

[32] LI Fangli. Countermeasures and Monitoring for Deep Metro Excavations in Pebble Soil Layer Adjacent to Existing Stations ［J］. Railway Construction Technology， 2025 （5）： 129-131， 152. in Chinese

[33] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50497—2019 建筑基坑工程监测技术标准 ［S］.北京：中国计划出版社，2020.

[34] Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. GB 50497—2019 Technical Standard for Monitoring of Building Excavation Engineering ［S］. Beijing： China Planning Publishing House， 2020. in Chinese ）

[35] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GJJ/T 202—2013城市轨道交通结构安全保护技术规范 ［S］.北京：中国建筑工业出版社， 2014.

[36] Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. GJJ/T 202—2013 Technical Code for Protection Structures of Urban Rail Transit ［S］. Beijing： China Architecture & Building Press， 2014. in Chinese ）

基金资助

国家自然科学基金资助项目(41807262)

武汉市市政建设集团有限公司科研计划项目(wszky201819)