以广州市轨道交通十三号线鱼珠停车场出入场线红树湾家具城B座桩基托换专项施工为背景，利用FLAC3D数值模拟软件对简化后的“托换梁-灌注桩”结构进行了分析，得到结论如下：该结构压应力主要由靠近其一侧的灌注桩所承当，另一侧梁-桩结构接触中心所受应力为拉应力；整体结构拉伸破坏为主，且主要存在于托换梁表面以下区域以及两根灌注桩的外侧；托换梁下表面应力集中于梁-桩结构交界处，且右桩应力值约为左桩的2倍，水平位移最大处位于右桩-梁结构附近，其值约为较左桩同一位置的3倍，最大垂直位移位于应力施加处。该研究可为基托换工程的设计提供参考。

关键词：桩基托换；数值模拟；位移；应力转移

1 引言

随着经济科技的不断发展，城市化进程进一步加速，越来越多的人前往大城市寻求发展，进而导致城市人口剧增，这给地表交通带来了巨大的压力。为了缓解地表交通压力，向地下空间寻求空间资源已成为必然的趋势^[1]。近年来，因为其安全、经济、快捷等特性，修建地铁隧道已成为解决上述问题的首选方法。尽管地铁修建技术在不断的完善优化，但在其所面临的挑战仍然存在，一方面，由于地隧道修建往往晚于城市规划，所以隧道下穿既有建（构）筑物无法避免，且将会越来越普遍；另一方面，为了满足日益增长的交通需要，地铁规模的不断扩大，地铁车站超宽超深基坑也愈来愈多^[2]。为解决隧道下穿既有建（构）筑物时的技术难题，国内外专家提出了许多不同的技术方法^[3]。其中，桩基托换技术^[4,5]（又可称为基础托换）是包括所有的采用桩基形式进行基础托换方法的总称，是一种相对安全可靠，且对周边环境影响小的施工方法，主要用于软弱黏性土、松散砂土、饱和黄土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，依据其工作原理，可以划分为主动托换、被动托换2种^[6,7]。

付迎春等^[8]利用有限元计算程序对北京地铁蒲天区间隧道洞内桩基托换施工过程进行三维数值模，分析了各部分的沉降规律。刘冠水等^[3]采用有限元数值方法对杭州亲水平台结构托换施工加载进行优化分析，得到了最优预加载为0.8倍原始荷载的结论。卢慈荣等^[9]以深圳地铁7号线某地下三层站下穿既有立交桥为工程背景，采用三维数值模拟分析、信息化施工和现场监控量测信息反馈相结合的方法，对既有立交桥桩基托换及深基坑开挖对立交桥的叠加影响进行分析。宋虎等^[10] 采用数值模拟技术，通过分析基坑分步开挖过程中桩基沉降、基坑变形和托换桩基的受力机制，验证佛山市城市轨道交通二号线一期工程张槎站中托换方案的可行性。原方等^[11]利用ABAQUS有限元软件，建立主动托换结构的三维实体有限元模型，通过数值模拟得出主动托换过程对立交桥桥台新旧基础沉降的影响规律，并与现场监测数据对比，发现模拟结果与现场监测数据基本一致。涂智溢等^[12]针对复杂穿越条件下的地下街桩基托换、既有桥梁桩基保护等技术难题，提出4点解决措施，有效降低了施工对地下街的影响。

由上可知，桩基托换技术已得到众多专家学者的重视与关注，技术已较为成熟，但在特定情况下的桩基托换方法的可行性仍然需要因地制宜的分析，才能确保工程的安全高效进行。本文以广州市轨道交通十三号线鱼珠停车场出入场线红树湾家具城B座桩基托换专项施工为背景，利用FLAC3D数值模拟软件，分析了桩基托换施工方案下的各部位的位移、应变、应力等情况，为桩基托换的安全性研究提供了参考。

2 工程概况

2.1 工程背景

鱼珠停车场出入场线位于广州市轨道交通十三号线二期及同步实施工程土建工程十三区段，由首期工程鱼珠折返线西侧引出，向北转西行进，起始坡度为2‰，在此设置人防防护段，此后线路纵坡加大向上爬升，平面以半径150m左转，途中平面避让黄埔大道高架桥桥桩及红树湾家具办公楼A栋，但与首期折返线工程活塞风井冲突，同时下穿红树湾家具城B栋，最终接入鱼珠停车场U型槽。