圍堰明挖基坑對鄰近隧道及橋梁的影響分析

虞春龍

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷建設(shè)，作為大城市的主要交通疏散工具，對城市發(fā)展起了至關(guān)重要的作用。新建項目的建設(shè)過程中不可避免的與軌道交通產(chǎn)生交織，對其產(chǎn)生影響，鄰近地鐵的深基坑開挖已成為影響地鐵隧道安全的一個重要因素，近年來引起越來越多的重視[1-3]。

在已建地鐵隧道周邊進(jìn)行圍堰明挖基坑施工，由于圍堰填土、圍護(hù)施工、基坑開挖等因素的影響，勢必將改變隧道周邊的應(yīng)力狀態(tài)，引起隧道產(chǎn)生沉降、隆起及隧道的橫向變形。當(dāng)隧道變形積累到一定限度，輕則產(chǎn)生漏水，重則影響到地鐵的正常使用及運(yùn)營安全。因此，鄰近地鐵隧道的圍堰明挖基坑設(shè)計，應(yīng)特別重視對地鐵區(qū)間隧道的保護(hù)設(shè)計。

本文以上海市北橫通道圍堰明挖過蘇州河段基坑為例，重點分析圍堰回填、基坑開挖對鄰近地鐵隧道及相鄰橋墩的影響。

1 工程概況

1.1 項目概況

上海市北橫通道明挖過蘇州河段位于西蘇州路與光復(fù)路之間，在長壽路橋南側(cè)橫向穿越蘇州河，河中段結(jié)構(gòu)寬度約28.8～31.1 m，結(jié)構(gòu)型式主要為單層三孔箱涵，岸邊段在通道上方設(shè)置架空層，北線底板深約12.5～15.1 m，南線底板埋深約13.0～18.4 m,本區(qū)段基坑開挖深度大于10 m，屬于一級安全等級基坑[4]。穿越處河道總寬度為66 m，在擬建隧道北側(cè)為上海地鐵13號線盾構(gòu)區(qū)間，區(qū)間隧道埋深為28.8～31.1 m，距離通道結(jié)構(gòu)距離為6.6～39.9 m，工程概況簡圖見圖1。

圖1 工程概況簡圖

為保證施工期間蘇州河過水?dāng)嗝嫘枨螅緟^(qū)段分兩期明挖施工，一期施工東半福，二期施工西半幅，分期施工期間的平面布置見圖2、圖3。

1.2 場地地質(zhì)條件

本工程所在場地內(nèi)土層主要有:①1層填土、①2淤泥、②3層黃～灰色砂質(zhì)粉土、④層灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤1層灰色粉質(zhì)黏土、⑥層暗綠色粉質(zhì)黏土、⑦1層草黃～灰色粉砂、⑦2草黃～灰色粉細(xì)砂、⑧1-1灰色黏土，底板底一般位于④層及⑤1層。

1.3 水文地質(zhì)條件

（1）潛水

圖2 一期施工期間平面布置圖

圖3 二期施工期間平面布置圖

勘探期間，測得地下潛水位埋深為0.90～3.50 m，受潮汐、降水量、季節(jié)、氣候等因素影響而變化。

（2）承壓水

擬建場地影響本工程的承壓水主要為賦存于⑦層及⑨層中的承壓水。根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗，承壓水水位一般低于潛水位，年呈周期性變化，埋深3.0～12.0 m 。

1.4 設(shè)計方案

本區(qū)段采用圍堰明挖法施工，考慮到汛期蘇州河過水?dāng)嗝嫘枨螅捎梅制谑┕?，一期施工河?xùn)|段，二期施工河西段。

采用柱列式鋼管樁+鋼板樁圍堰，基坑采用800/1 000 m m地下連續(xù)墻圍護(hù)，根據(jù)開挖深度的不同，設(shè)置2道混凝土支撐+2～3道鋼支撐的支護(hù)型式，其中第一道及第三道支撐采用混凝土支撐，其余道支撐采用鋼管支撐，地下連續(xù)墻長度為43.5～46.5 m，地下連續(xù)墻隔斷⑦層承壓水，河中明挖段圍護(hù)橫典型橫剖面見圖4。

2 對鄰近隧道及橋梁影響數(shù)值分析

利用巖土分析軟件Pl axi s分析圍堰明挖全過程施工對鄰近區(qū)間隧道及橋梁的影響。

2.1 計算模型

選取河中段距離13號線區(qū)間隧道較近位置斷面，基坑寬度約30 m，鄰近地鐵側(cè)開挖深度約13.7 m，圍護(hù)采用800 m m地下連續(xù)墻，豎向共設(shè)置2道混凝土支撐及2道鋼管撐。采用Pl axi s有限元軟件模擬基坑開挖對軌道交通13號線盾構(gòu)及長壽路橋橋墩的影響，土層采用H-S本構(gòu)模型，計算模型見圖5。

2.2 計算參數(shù)

（1）土體參數(shù)

模型依據(jù)項目地質(zhì)勘察報告及相關(guān)規(guī)范，確定的土體參數(shù)見表1。

圖5 計算模型

表1 模型土體參數(shù)

（2）支撐參數(shù)

支撐計算參數(shù)見表2。

表2 模型支撐參數(shù)

（3）圍護(hù)樁參數(shù)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算參數(shù)見表3。

表3 模型圍護(hù)樁參數(shù)

2.3 控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)上海地區(qū)已有地鐵及橋梁保護(hù)要求，考慮到前期已有變形及后期變形余量，地鐵區(qū)間的豎向及水平位移按1 cm控制[5]，長壽路橋橋墩的與長壽路橋的豎向及水平位移按0.5 cm控制。

2.4 分析結(jié)果

圍堰填土及開挖至坑底的位移云圖見圖6、圖7。

圖6 開挖至坑底時總位移云圖（單位：m）

圖7 開挖至坑底時水平位移云圖（單位：m）

圍堰填土完成及開挖坑底的隧道變形見圖8、圖9。

圖8 地鐵區(qū)間變形（m，圍堰及填土完成，最大1.60 mm）

圖9 地鐵區(qū)間變形（m，基坑開挖完成，最大3.71 mm）

圍堰填土至基坑開挖完成長壽路橋承臺及承臺樁位移見圖10、圖11。

分析結(jié)果表明圍基坑開挖對相鄰隧道及橋梁基礎(chǔ)影響較小，其中地鐵13號線最大變形3.71 m m＜10 m m，且每一階段的相對變形均小于10 m m；長壽路橋承臺最大沉降0.66 m m＜5 m m，橋梁樁基最大水平側(cè)移1.27m m，均滿足暫定控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖10 長壽路橋承臺豎向位移（m，基坑開挖完成，最大0.66 mm）

3 結(jié)語

（1）圍堰施工至基坑開挖完畢產(chǎn)生的地鐵隧道區(qū)間及橋梁承臺的豎向及水平位移均小于設(shè)計控制值，說明圍堰及基坑的整體設(shè)計方案安全合理；

（2）目前本區(qū)段東半邊已施工完畢，施工期間地鐵區(qū)間與橋梁變形均在控制范圍內(nèi)，進(jìn)一步證明了設(shè)計方案的安全合理性；

（3）本項目的設(shè)計方案與分析結(jié)果可供其他同類項目借鑒參考。

圖11 長壽路橋承臺樁基位移（m，基坑開挖完成，最大1.27 mm）