文/张蒙蒙1　潘茁2

通过有限差分软件FLAC3D 对

已建地铁车站附近高层建筑物深

基坑开挖进行数值模拟，分别得

到在基坑在设计支护条件下开挖

工况及施加建筑物上部荷载工况

下现存临近地铁车站出入口结构

的应力及位移状态。经计算分析

可知该深基坑开挖及建后使用造

成的地铁车站结构应力改变及变

形、位移均满足安全要求。

【关键词】FLAC3D 深基坑 地铁车站

1 FLAC3D软件简介

FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of

Continua) 是由美国ltascaconsultingGrouPInc.

开发的显式有限差分法程序，采用适合于模拟

大变形问题的拉格朗日方法，即模型单元网格

随着变形而不断更新。FLAC3D 使用显式有限

差分方法求解，避免了有限元方法中隐式矩阵解算微分方程而使用显式方法按时间递步解算

代数方程，不需要建立刚度矩阵省去了求解大

型联立方程组的步骤，节约了大量计算资源。

由于FLAC3D 采用全动力学运动方程，

可以分析和计算非稳定过程。FLAC3D 采用完

全非线性分析方法，具有适用于任何指定的非

线性本构模型，可以自动计算永久变形，采用

合理塑性方程，使得塑性应变增量与应力相联

系等优点。FLAC3D 在计算岩土大变形问题上

有其特别的优势。

2 建模

2.1 工程概况

拟建建筑物地上建筑物2-22 层，高30.3-

86 米，地下室深度8.5-13.4 米，基坑开挖最大

深度13.4 米。临近地铁车站为明挖法，顶板

覆土厚度约为4~5.4 米。地铁车站2 号出入口

离基坑最近，受基坑开挖影响最大，基坑边缘

距离2 号出入口外侧墙为8.58m，基坑边缘距

离车站主体结构外侧墙为45.8m。

2.2 模型建立本次计算的模型以车站轴线方向为x 轴，

竖直方向为y 轴，水平垂直于车站轴线方向为

z 轴，主要建模对象为距离航院基坑最近的陵

西站2 号出入口、航院基坑整体及其围护结构。

总体模型在x 轴方向长400m，z 轴方向宽

180m，y 轴方向高40m。其中基坑长250m，

宽108m，为了模拟最危险工况，基坑深度取

其最大值13.4m。地铁车站及其附属结构物按

C30 钢筋混凝土。基坑支护桩及冠梁按C25 钢筋混凝土考虑。此次计算模型共生成134761

个单元，26562 个节点，出入口模型如图1 所示。

3 计算及结果

3.1 工况1：基坑有围护开挖状态

基坑有围护开挖状态，即模拟基坑在正

常的维护结构下开挖。基坑临近地铁出口段，

坑侧部分采用双排桩形式支护，桩间旋喷加固，

部分深挖段采用桩顶放坡并多支点排桩联合支

护体系，坡顶和桩间土采取挂钢筋网喷射混凝

土保护。施加围护后开挖基坑，计算后可得地

铁出入口结构各方向位移变形图，如图6-8 所

示。

由图2-4 可知， 在基坑有围护开挖状

态下， 地铁出入口结构所受最大压应力为

3.02MPa，最大拉应力为1.24MPa，最大沉降

变形2.25mm，最大隆起变形为0.75mm，横向

位移最大值1.26mm，纵向位移最大值1.14mm。

3.1 工况2：建筑物建成后施加上部结构荷载

状态

建筑物建成后施加上部结构荷载状态，模

拟建筑物建成之后对地铁车站的影响。建筑物

结构自重荷载主要由建筑物结构自重及活荷载

组成，根据建筑物结构信息及施工信息，以及

《建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）》中

提供的民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组

合值、频遇值和准永久值系数，住宅楼活荷载

标准值为2.0kN/m2，商店活荷载标准值3.5kN/

m2，健身房楼面活荷载4.0kN/m2。建筑物恒

载根据建筑物结构自重计算。

由图5-7 可知，在建筑物建成后施加建筑

物上部荷载的工况下，地铁出入口结构所受最

大压应力为2.03MPa，最大拉应力为0.99MPa，

最大沉降变形2.68mm， 横向位移最大值

2.03mm，纵向位移最大值1.24mm。

4 结论

本论文利用FLAC 软件对临建高层建筑

物基坑的地铁出入口进行数值模拟，得到如下

主要计算结论：

（1）在基坑开挖过程中通过在坑侧部分

采用双排桩、桩间旋喷加固、桩顶放坡、挂钢

筋网喷射混凝土等支护措施，地铁出入口结构

在有围护措施开挖状态下的压应力和拉应力均

小于混凝土轴心抗压和轴心抗拉强度设计值，

最大竖向变形小于其沉降控制标准，结构的强

度和变形满足规范要求，是安全的。

（2）在建筑物建成后施加建筑物上部荷

载的工况下，地铁出入口结构在施加建筑物上

部荷载的状态下的压应力和拉应力均小于混凝

土轴心抗压和轴心抗拉强度设计值，最大竖向

变形小于其沉降控制标准，表明车站结构在有

围护措施开挖状态下的强度和变形满足规范要

求。

综上所述，该建筑物基坑开挖会引起地

铁车站及其附属结构的受力发生改变，进而引

图7：出入口结构纵向位移云图

图6：出入口结构横向位移云图

图5：出入口结构竖直位移云图

图2: 出入口结构竖直位移云图

图3: 出入口结构横向位移云图

图4: 出入口结构纵向位移云图

起结构发生变形，但在正常施工条件下采取适

当支护措施后，基坑开挖引起的地铁车站及其

附属结构的受力满足混凝土结构强度要求，其

变形满足控制标准。

参考文献

[1] 张国亮. 紧邻既有线地铁车站深基坑工程

稳定与变形特性研究[D]. 长沙: 中南大

学,2012.

[2] 周兆平, 马志磊, 陆锴. 毗邻超大深

基坑的地铁保护技术研究[J]. 建筑施

工,2013.

[3] 郑宜枫, 周拥军. 运营中地铁隧道受紧邻

基坑开挖影响的动态监测[J]. 大直径隧

道与城市轨道交通工程技术——2005 上海

国际隧道工程研讨会文集,2005.

[4] 唐长东, 杨小平, 刘庭金. 紧贴地铁车站

单侧深基坑的施工方案对比研究[J]. 地

下空间与工程学报,2013.

[5] 谢弘帅. 深基坑开挖对临近地铁车站基

坑影响的有限元计算分析[J]. 上海地

质,2009.

作者单位

1. 同济大学铁道与城市轨道交通研究院　上

海市　201804

2. 中国矿业大学（北京）　北京市　100083