基坑工程施工對鄰近在建地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)安全影響分析

任亞亮

（北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司西安分公司，陜西西安 710016）

隨著城市地下空間開發(fā)的蓬勃發(fā)展，地鐵周邊基坑工程越來多，往往存在相鄰基坑同時開挖的情況。本文以某市地鐵車站基坑為例，分析了相鄰基坑同時開挖存在的風(fēng)險及控制措施，采用有限元軟件建立數(shù)值分析模型，對基坑交叉施工的全過程進行動態(tài)模擬，研究深基坑工程交叉施工的相互不利影響，以期為類似工程提供一定的參考。

1 工程概況

國際體育之窗項目（后簡稱項目）由三層地下車庫、商業(yè)裙房及1#～4# 樓組成?；?xùn)|西長約174m，南北最大長度約173m，開挖深度約20.5m，西側(cè)靠近地鐵車站基坑。

地鐵車站基坑呈南北走向，長212.5m，標準段寬度41.3m，基坑深約18m。車站采用明挖法施工。

相鄰基坑關(guān)系:

1.1 空間關(guān)系

車站基坑處于項目基坑西側(cè)，基坑水平邊距14.2m～19.1m。

1.2 施工時序

根據(jù)各自工籌安排，車站基坑與項目基坑均開展施工。地鐵基坑土方開挖共10 段（約20m 一段），分兩個工作面由兩側(cè)向中部進行。項目基坑開挖分四個片區(qū)和四層，土方開挖順序依次為先開挖東南側(cè)，再開挖西北側(cè)，次開挖東北側(cè)，最后開挖西南側(cè)。

從各自的工籌安排判斷，雙方基坑開挖存在同時開挖工況。

2 工程水文地質(zhì)概況

擬建場地地層由第四紀全新世人工填土、沖洪積黃土狀土；晚更新世風(fēng)積黃土、殘積古土壤及沖積粉質(zhì)粘土、砂類土；中更新世沖積粉質(zhì)粘土、砂類土組成，地層結(jié)構(gòu)清晰，分布規(guī)律明顯，地下水位在項目基底以下約5m。

3 風(fēng)險點分析

3.1 項目基坑施工對車站基坑的影響

受氣候、出土條件及投入等因素影響，現(xiàn)場施工難以嚴格按工籌完成，因此需找出項目基坑施工對車站基坑影響的最不利工況。

本文取車站基坑開挖至基底，項目基坑再分層開挖的過程進行數(shù)值模擬分析，找出項目基坑施工對車站基坑影響的最不利工況。

3.2 車站基坑變形控制標準

3.2.1 車站基坑圍護結(jié)構(gòu)容許變形計算

根據(jù)初步分析，項目基坑開挖對車站基坑影響最不利工況出現(xiàn)在車站基坑開挖至基底狀態(tài)下，項目基坑拆除第三道支撐時。累積變形時間段為車站基坑開挖到底后狀態(tài)，項目基坑從開挖至負三層頂板達到設(shè)計強度期間。

在最不利工況下，項目基坑后開挖，土體卸載，相鄰基坑之間夾土體水平應(yīng)力釋放形成偏載，引起車站基坑圍護結(jié)構(gòu)向項目基坑偏移的趨勢。

3.2.2 變形后內(nèi)力計算結(jié)果分析

通過對橫向支撐施加強制位移，計算鋼立柱強度容許范圍內(nèi)的最大頂、底差異水平位移。

強度正應(yīng)力/限值: 0.961 [滿足要求]

穩(wěn)定正應(yīng)力/限值: 0.962 [滿足要求]

1-3 平面長細比/限值: 0.037 [滿足要求]

1-2 平面長細比/限值: 0.037 [滿足要求]

此結(jié)果對應(yīng)的立柱頂、底差異水平位移為11.6mm。

3.2.3 圍護結(jié)構(gòu)容許變形確定

根據(jù)以上分析計算，項目基坑施工對地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)影響最大差異水平位移為11.6mm，由立柱柱頂與柱底差異水平位移表征。

4 數(shù)值模擬

4.1 模型簡介(圖1)

地鐵車站主體基坑?xùn)|側(cè)為項目基坑，計算模型按1：1 全尺寸考慮進行數(shù)值模擬模型的建立，綜合考慮數(shù)值計算的邊界效應(yīng)以確定模型的整體尺寸為：X 方向340m，Y 方向315m，Z 方向50m。

基坑支護形式：地鐵車站采用鉆孔灌注樁（等效地連墻）+三道內(nèi)支撐的支護形式，等效地連墻高度26m，厚度0.6m。該基坑分四步開挖，開挖高度依次為2m、6m、6m、4m。項目基坑采用鉆孔灌注樁（等效連續(xù)墻）+三道內(nèi)支撐的支護形式，局部采用鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力魚腹梁及預(yù)應(yīng)力錨索的支護形式，其中第一道鋼筋混凝土支撐截面為800X800（mm）/600X800（mm），最大水平間距8m，第二、三道支撐采用IPS 型鋼支撐；局部采用的IPS 型鋼支撐及預(yù)應(yīng)力錨索水平間距1.6m。該基坑分四步開挖，開挖高度依次為4m、6m、6m、4m。

圖1 三維模型建模圖

4.2 施工階段模擬

根據(jù)分析，并考慮現(xiàn)場實際情況，綜合分析項目基坑開挖對地鐵車站主體基坑的影響，對最不利工況進行模擬。

4.3 典型工序數(shù)值計算地鐵等效連續(xù)墻位移云圖（圖2-3）

圖2 工況十九（項目基坑開挖至底）地鐵等效連續(xù)墻X 向水平向位移云圖

圖3 工況二十一（項目基坑拆除第三道支撐）地鐵等效連續(xù)墻X 向水平向位移云圖

根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果，對不同工況下地鐵東側(cè)圍護樁、項目基坑西側(cè)圍護樁位移進行分析對比可知：地鐵基坑開挖至底后東側(cè)圍護樁水平位移最大值為-14mm，受地鐵基坑影響，項目基坑開挖自身西側(cè)圍護結(jié)構(gòu)水平位移最大約為32mm，項目基坑開挖后地鐵圍護樁整體向東側(cè)偏移，偏移最大絕對值約為25mm。因此，若項目基坑開挖時，地鐵基坑尚未進行主體結(jié)構(gòu)回筑，將導(dǎo)致地鐵基坑整體向項目基坑一側(cè)偏移，兩處基坑均存在安全風(fēng)險。

4.4 典型工序數(shù)值計算地鐵立柱樁位移結(jié)果及分析（圖4-5）

圖4 工序十八（項目基坑開挖至第三道支撐標高）地鐵立柱樁X 向水平向位移云圖

圖5 工序二十一（項目基坑拆除第三道支撐）地鐵立柱樁 X向水平向位移云圖

根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果可知，項目基坑開挖至第三道支撐標高位置時，地鐵立柱樁最大差異水平位移為15.4mm，項目基坑拆除第三道支撐時，地鐵立柱樁頂最大水平位移約為17.9mm，根據(jù)以上分析，項目基坑開挖至第三道支撐標高位置時，地鐵立柱樁差異變形達到最大值。

4.5 推薦工況下項目基坑開挖對地鐵車站基坑影響分析

考慮項目基坑在地鐵車站基坑回筑至主體結(jié)構(gòu)中板處時再行開挖第三層土方，分析此工況下，項目基坑對地鐵車站基坑的影響，推薦工序數(shù)值計算地鐵立柱樁位移云圖如圖6-7。

圖6 工序二十二（項目基坑開挖至底）地鐵立柱樁X 向水平向位移云圖

圖7 工序二十四（項目基坑拆除第三道支撐）地鐵立柱樁X 向水平向位移云圖

根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果可知：在推薦工況下，項目拆除第三道支撐時，地鐵立柱樁體最大差異水平位移約為10mm＜11.6mm，結(jié)合本文的分析，在推薦工況下，項目基坑開挖對地鐵基坑立柱樁的影響較小，立柱樁仍能滿足施工階段的承載力要求。

5 基本結(jié)論

5.1 根據(jù)車站基坑圍護結(jié)構(gòu)容許變形計算，確定了基坑變形控制值。

5.2 根據(jù)數(shù)值模擬計算，確定了地鐵立柱樁差異變形臨界值，根據(jù)分析，建議項目基坑在地鐵車站基坑回筑至中板后，再進行第三層土方開挖。

5.3 項目基坑支護在靠近地鐵車站一側(cè)采用內(nèi)支撐，無其它輔助措施侵入車站附屬結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，且車站附屬結(jié)構(gòu)施工在項目基坑回筑完成后實施，故項目施工對地鐵車站附屬實施影響可控。