基坑開挖對既有車站和區(qū)間的影響分析

莫暖嬌

廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 510000

在地鐵和城際鐵路不斷發(fā)展的背景下，鄰近既有線的物業(yè)開發(fā)也迅速增加，周邊物業(yè)越是鄰近地鐵或城際鐵路，其商業(yè)價值越高。與此同時，越是鄰近既有線開挖基坑，其風險也越大?；优c既有線之間的作用是相互的，一方面，既有線對列車路基的沉降要求很高，基坑開挖會引起既有線的沉降，需要采取合理的措施控制沉降；另一方面，鄰近既有線開挖基坑，既有線對基坑產(chǎn)生了附加荷載，需要合理加強基坑支護措施。王培鑫等[1]基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，得出在坡頂注雙液漿能夠控制地表與路基沉降，減少后續(xù)基坑開挖對鄰近路基的影響。高立剛等[2]研究了在既有線單側和雙側分別開挖對既有鐵路的變形影響，得出采用雙側開挖基坑的方式可有效減小既有路基的水平位移量。李梅芳等[3]研究深基坑開挖對鄰近既有線的動力響應，得出基坑開挖過程中水平動位移增長率大于豎向動位移增長率，但從絕對值而言，變形仍以豎向動位移為主。文章研究的主要內容為鄰近既有線一側進行基坑開挖，分析其對既有明挖車站和暗挖區(qū)間的影響，并采用三維數(shù)值模擬計算確定合理的支護體系和開挖工序，降低基坑開挖對鄰近既有線的影響且滿足規(guī)范要求。

1 工程概況

某項目開發(fā)地塊鄰近既有城際鐵路，其東南側為在建城際鐵路暗改明段，其余段為暗挖隧道。開發(fā)地塊基坑寬約90m、長約200m，基坑深約17m，距離既有隧道暗改明段水平距離約36m，圍護方式主要為灌注樁+預應力錨索的方式，部分區(qū)域加設支撐支護。既有鐵路明挖段局部采用明挖法施工，基坑長度為276m，平均寬度為25.8m，平均深度為25.7m，共三層主體結構，圍護結構采用φ1200@1400mm鉆孔灌注樁+內支撐。該段基坑外側采用雙排φ800@600mm旋噴樁止水?；优c既有線的位置關系如圖1所示。

圖1 基坑總平面圖

2 數(shù)值模擬

2.1 模型建立

考慮到施工過程中的空間效應，計算模型取基坑工程與既有城際鐵路結構的有效影響范圍，此次數(shù)值計算中取長363m、寬251.83m，自地表73m厚的土體作為分析范圍，重點分析既有城際鐵路結構及區(qū)間受周邊基坑施工產(chǎn)生的位移及受力情況。

此次計算模型中周圍土體采用實體單元，不同的土層采用不同的材料模擬，進行邊界條件的選取時除了頂面取為自由邊界，其他面均取法向約束。角撐、剛構柱采用梁單元模擬，隧道結構、暗改明段結構均采用板單元模擬，對基坑工程、既有結構范圍及周邊重點分析的部位網(wǎng)格剖分加密。數(shù)值模型如圖2所示。

圖2 數(shù)值模型

2.2 參數(shù)選取

該站地質特點是淤泥質土層較厚，礫砂層具有微承壓性，其他土層均為相對不透水層。地層參數(shù)如表1所示，支護結構參數(shù)如表2所示。

表1 地層參數(shù)

表2 支護結構參數(shù)

2.3 施工工序

經(jīng)驗算，1、2、3號通道同時開挖，既有線豎向位移達到10mm，不滿足要求。方案對開挖工序進行優(yōu)化，1、3號通道先開挖到底，1、3號通道以外區(qū)域頂部降土2m，預留反壓土來控制基坑開挖對鄰近既有線變形的影響。在1、3號通道主體實施完畢后盡快回填部分反壓土區(qū)域，待地塊地下室施工完成后方可開挖反壓土，施工消防通道。

該工程既有主體及區(qū)間隧道土建施工已經(jīng)建成，周邊基坑開挖工序如表3所示。

表3 計算模擬工序

2.4 結果分析

（1）基坑開挖對暗挖區(qū)間的影響。1、3號通道基坑施工對既有暗挖區(qū)間及地表產(chǎn)生了一定程度的附加位移，為直觀了解施工工序與附加位移的變化規(guī)律，統(tǒng)計出了不同施工階段下隧道結構最大位移結果，如表4所示。

表4 不同施工階段下隧道結構最大位移結果 單位：mm

隧道結構總位移最大值絕對值、豎向位移最大值絕對值、X方向位移最大值絕對值、Y方向位移最大值絕對值隨施工步序變化情況分別如圖3～圖6所示。

圖3 隧道結構總位移最大值絕對值隨施工步序變化曲線

圖4 隧道結構豎向位移最大值絕對值隨施工步序變化曲線

圖5 隧道結構X方向位移最大值絕對值隨施工步序變化曲線

圖6 隧道結構Y方向位移最大值絕對值隨施工步序變化曲線

由圖3～圖6得出，側墻開洞時位移變化速率較大，應加強開洞處的構造措施；隨著基坑開挖，總位移不斷增大，最大位移值為2.045mm；1、3號通道距離既有隧道較近，在開挖到基底時，隧道呈現(xiàn)上浮的狀態(tài)，最大上浮位移為0.384mm，隨著通道結構施工和覆土回填，又呈現(xiàn)沉降狀態(tài)，最大沉降值為0.890mm，豎向位移滿足我國鐵路路基動變形3.5mm的控制標準[4]。

為了反映區(qū)間隧道結構的位移及受力集中部位，提取出基坑施工后對既有城際隧道結構總位移云圖和豎向位移云圖，如圖7、圖8所示。

圖7 通道圍護結構施工后既有城際隧道結構總位移云圖

圖8 通道圍護結構施工后既有城際隧道結構豎向位移云圖

（2）基坑開挖對明挖結構的影響。1、3號通道基坑施工對既有明挖結構及地表產(chǎn)生了一定程度的附加位移，為直觀了解施工工序與附加位移的變化規(guī)律，統(tǒng)計出了不同施工階段下隧道結構最大位移結果，如表5所示。

表5 不同施工階段下明挖結構最大位移結果 單位：mm

明挖結構總位移最大值絕對值、豎向位移最大值絕對值、X方向位移最大值絕對值、Y方向位移最大值絕對值隨施工步序變化情況分別如圖9～圖12所示。

圖9 明挖結構總位移最大值絕對值隨施工步序變化曲線

圖10 明挖結構豎向位移最大值絕對值隨施工步序變化曲線

圖11 明挖結構X方向位移最大值絕對值隨施工步序變化曲線

圖12 明挖結構Y方向位移最大值絕對值隨施工步序變化曲線

由圖9～圖12得出，側墻開洞時位移變化速率較大，應加強開洞處的構造措施；隨著基坑開挖，總位移不斷增大，最大位移值為7.781mm；1、3號通道距離既有隧道較近，在開挖到基底時，隧道呈現(xiàn)上浮的狀態(tài)，最大上浮位移為1.973mm，隨著通道結構施工和覆土回填，又呈現(xiàn)沉降狀態(tài)，最大沉降值為2.129mm，豎向位移滿足我國鐵路路基動變形3.5mm的控制標準[4]。

3 對比分析

根據(jù)三維有限元分析計算，基坑施工對鄰近城際結構存在一定的影響，引起既有城際鐵路結構產(chǎn)生一定的變形，明挖段水平位移最大值約為7.57mm，暗挖隧道水平位移最大值為1.865mm，均滿足控制指標要求，但基坑開挖對明挖工法的結構影響大于暗挖工法[5-6]。

后期施工的疏散通道引起既有城際鐵路結構產(chǎn)生一定的變形，暗改明段水平位移最大值約為6.872mm，滿足控制指標要求。

4 結論

（1）在軟土地區(qū)，土的壓縮性能較低，基坑開挖對鄰近既有線擾動較大，在開挖前需要對既有線鄰近土體進行加固處理。

（2）建議1、2、3號通道拆第二道支撐之前，在通道底板處設置斜撐，圍護結構與側墻間間隙應采用硬性材料填充。

（3）施工期間應對該項目周邊地鐵結構加強監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)結合數(shù)值模擬分析提前采取相應措施控制結構變形，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)評價其對城際的實際影響，對實施方案進行校核調整、信息化設計，以確保工程安全。