地下停車場支護及風險設計要點分析

楊易靈 （合肥市市政研究總院有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

隨著城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，深層開挖技術和裝備的逐步完善，地下空間開發(fā)將逐步向深層發(fā)展。城市地下空間深層開發(fā)利用主要表現(xiàn)在三個方面：首先，城市軌道交通建設的快速發(fā)展帶動了城市地下空間資源的大規(guī)模開發(fā)利用；其次，“停車難”問題仍在不斷擴大，制約了城市中心區(qū)域的發(fā)展和城市化的進程[1～2]；最后，充分開發(fā)利用地下空間資源的防護潛能，提高城市綜合防災抗毀能力。

城市軌道交通與地塊銜接和一體化建設是最普遍的形式，一般兼具停車、連通或商業(yè)功能[3～4]。地下停車場基本不占用城市土地，使城市能留出更多的開敞空間用于綠化和美化，提高城市環(huán)境質量。且在防護上的優(yōu)越性，通常大型地下停車庫會與人防設施結合起來。地下停車場也會有造價高，工期長，施工難度大等不足。老城區(qū)新建地下停車場周邊影響因素多，尤其是對軌道交通的影響更是不容忽視。本文以合肥市長江東路地下停車場為工程實例，探討停車場基坑支護[5]及停車場施工對周邊軌道的風險分析。

1 工程概況

本工程位于長江東路與東二環(huán)路交口東南象限，為地下二層停車場，總建筑面積8090m2，停車位188 個，其中地下電動汽車充電專用車位39 個，無障礙停車位4 個。停車場上部覆土1.5m，建成后地面為景觀公園。停車場周邊用地較為成熟，北側為長江東路（主干道），長江東路下分布著正在運營的軌道2 號線，地下停車場與軌道2 號線東七里站B 號出入口連接；西側為東二環(huán)路（快速路），東二環(huán)路下分布有在建軌道4 號線盾構區(qū)間；南側、東側為老舊小區(qū)。停車場位置如圖1 所示。停車場既能解決周邊配套停車問題，又兼換乘功能。

圖1 總平面圖

2 支護分析

本地庫支護結構按臨時構件考慮，設計使用年限12 個月?；觽缺诎踩燃墳橐患?，重要性系數(shù)1.1。地庫基坑變形控制保護等級為一級，地面最大沉降量≤0.15%H（H 為基坑深度），且≤30mm。支護結構最大水平位移≤0.15%H，且≤30mm。停車場支護分為4個部分，支護結構均采用鉆孔灌注樁+內支撐支護體系，采用明挖順作法施工。

停車場在勘察深度范圍內揭露的地基土均屬第四紀沉積物，主要由粘性土、粉性土、砂性土組成。場地地基巖土自上而下分別是①雜填土、②粘土、③粘土、④粉質粘土、⑤粉土夾粉砂、⑥細砂夾粉砂、⑦強風化泥質砂巖、⑧中風化泥質砂巖。場地地下水主要為賦存于①層雜填土中的上層滯水，地下水位變化主要受大氣降水、地面蒸發(fā)及地表徑流控制。承壓水主要賦存于⑤層粉土夾粉砂、⑥層細砂夾粉砂、基巖的風化裂隙、孔隙中，主要接受側向補給，以徑流等形式排泄，動態(tài)變化較小，具有弱承壓性，基巖裂隙水水量較小。①層雜填土成分復雜、結構松散，局部空隙率大，具有較強的滲透性。②、③層粘性土滲透性弱，為相對隔水層。在基坑開挖后，會有少量重力水滲出，對施工影響較小。深部的承壓水對基坑施工、樁基或錨桿施工影響較小。停車場抗浮設計主要考慮基坑外圍充水對地下室產生的上浮作用。經綜合分析，抗浮設計水位取室外設計地坪高程以下1.00m。

停車場用地受限，基坑異形，且深度不一，將停車場基坑分為兩期施工。一期施工中部負二層停車場，二期施工其余部分。一二期支撐布置詳見圖2～圖3所示。一期基坑深10.45m，圍護結構采用D800@1200 鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐+一道鋼支撐?；炷林纬叽鐬?00mm×800mm，鋼支撐采用Φ 609×16 鋼管撐?；铀闹茉O置角撐及斜撐，中部設置對撐，支撐中部設格構柱。第一道支撐位于冠梁上，第二道支撐處設置鋼圍檁，鋼圍檁采用雙榀工45c 工字鋼。鋼斜撐位置增加“抗剪墩”措施，中部鋼對撐施加軸力伺服系統(tǒng)，角部鋼支撐施加預應力。

圖2 支撐布置圖（一期）

圖3 支撐布置圖（二期）

基坑開挖分6 個工序，依次為①場地平整后由地面施工鉆孔灌注樁、臨時立柱；②開挖基坑至第一道混凝土支撐底，施工樁頂冠梁及擋墻，待冠梁達到強度后架設第一道鋼支撐并施加預應力；③開挖基坑至第二道鋼支撐底，架設第二道鋼支撐并施加預應力；④開挖至坑底，澆筑底板墊層、敷設防水層，施工底板、底梁及部分側墻；⑤分段拆除第二道支撐，施工側墻防水層、側墻、中板；⑥施工頂板及頂板防水層，待頂板達到強度要求時，分段拆除第一道支撐，分層分段回填頂板覆土。

通過計算，基坑樁身最大位移4.3mm，地表最大沉降11mm，均滿足變形控制保護等級為一級的控制要求，基坑整體穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

停車場二期由三部分組成。南側負二層基坑深10.45m，圍護結構采用D800@1200 鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐+一道鋼支撐。北側連接軌道的連接通道基坑深7.15m，圍護結構采用D800@1200 鉆孔灌注樁+一道鋼支撐。北側坡道基坑深7.15m，圍護結構采用D600@900 鉆孔灌注樁+一道鋼支撐。施工工序同一期基坑。

通過計算，停車場南側負二層基坑樁身最大位移5.2mm，地表最大沉降13mm；北側連接通道基坑樁身最大位移1.3mm，地表最大沉降3mm；北側坡道基坑樁身最大位移6mm，地表最大沉降6mm。樁身最大位移及地表最大沉降均滿足變形控制保護等級，為一級的控制要求，基坑各項安全穩(wěn)定性系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

基坑施工前，應在四周設置護欄，在圍護結構、冠梁達到設計強度后，方可進行基坑開挖，地面超載不得大于20kPa。土方開挖的順序、方法必須與設計工況相一致，并遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖、及時支護”的原則。基坑開挖必須分段、分區(qū)、分層、對稱進行，不得超挖。應嚴格控制坑內縱坡坡率，并及時做好坡面防護，防止縱向滑坡事故。為了保證基坑安全，施工單位應制定基坑開挖應急方案，基坑開挖期間應配備必要的設備及材料，并配備一定數(shù)量的搶險人員。施工過程應加強施工監(jiān)測，使基坑處于安全監(jiān)控中。監(jiān)測項目達到或超過監(jiān)控預警值時，應適當加密監(jiān)測次數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報警。

3 風險分析

根據《合肥市城市軌道交通管理辦法》及有關軌道交通嚴格控制區(qū)和影響控制區(qū)范圍的規(guī)定，結合地下停車場與軌道相對關系，對周邊風險源進行分析。經分析調查，停車場風險源包括軌道2號線出入口、4 號線區(qū)間。停車場施工對2號線、4號線結構安全的外部作業(yè)影響等級如表1所示。

停車場施工對軌道結構安全的外部作業(yè)影響等級表 表1

建立三維模型，分析停車場分部施工對軌道結構的影響規(guī)律。土體使用實體單元，采用修正摩爾庫倫模型；4 號線隧道管片、樁、出入口結構、車庫結構使用板單元，采用彈性模型；冠梁、圍檁、混凝土支撐和鋼支撐使用線單元，采用彈性模型。模型采用位移邊界作為邊界條件，除上表面為自由面外，其余各外表面均約束法線方向的位移。模型尺寸為120m×90m×23m（長×寬×高），三維模型示意如圖4所示。

圖4 模型示意圖

一期停車場施工分九個工況，依次為①一層開挖（開挖深度1m），施工停車場圍護樁、冠梁及第一道混凝土支撐；②二層開挖（開挖深度1m）；③三層開挖（開挖深度4.1m）；④四層開挖（開挖深度0.75m），施工鋼圍檁及第二道支撐；⑤五層開挖（開挖深度3.2m）；⑥施工停車場底板及負二層側墻結構；⑦拆除鋼圍檁及第二道支撐，施工負一層側墻及頂板；⑧回填頂板上部覆土；⑨拆除冠梁及第一道支撐，覆土回填至設計標高。

經計算分析，4 號線區(qū)間隧道位移與施工步序關系見圖5，2 號線出入口位移與施工步序關系見圖6。4 號線區(qū)間隧道最大水平位移出現(xiàn)在工況（7），位移為1.499mm；最大豎向位移出現(xiàn)在工況（6），位移為1.215mm。2 號線出入口最大水平位移和最大豎向位移均出現(xiàn)在工 況（6），位 移 分 別 為3.18mm 和2.324mm。2 號線出入口結構及4 號線區(qū)間隧道的位移都在限制值之內。

圖5 一期工程對4號線區(qū)間隧道右線影響水平、豎向位移圖

圖6 一期工程對2號線出入口影響水平、豎向位移圖

同理，分析二期北側連接通道施工對2 號線出入口的影響。二期北側連接通道為負一層通道，2 號線出入口頂?shù)装寮皞葔ξ搭A留接駁條件。連接通道施工時需破除現(xiàn)有出入口部分頂?shù)装寮皞葔?，漏出鋼筋，進行焊接連接。為確保接駁施工時，現(xiàn)有出入口結構的安全，施工前需對出入口上部荷載進行卸載，即挖除出入口接駁位置上部覆土，在出入口內部設臨時型鋼立柱進行臨時支撐。連接通道基坑開挖完成后，鑿除接駁范圍內出入口圍護樁及側墻，原鋼筋保留，新增側墻鋼筋錨入后重新澆筑，鋼筋的錨固長度應滿足相關規(guī)范要求。在側墻開洞處施作框架梁、柱，并與連接結構連接整澆，完成對現(xiàn)有出入口的改造。二期北側連接通道對2 號線出入口影響位移圖，見圖7所示。

圖7 二期北側連接通道對2號線出入口影響水平、豎向位移圖

二期北側連接通道施工將引起地下2 號線出入口水平位移和沉降，最大水平位移為0.244mm，最大沉降量為0.132mm，在出入口結構變形容許值范圍內。

二期北側坡道（地下一層）、二期南側停車場（地下二層）對2、4 號線區(qū)間外部作業(yè)影響等級均為二級。經計算，二期北側坡道施工將引起軌道交通2 號線區(qū)間隧道水平位移和沉降，最大水平位移為 0.546mm，最大沉降量為0.101mm。二期南側停車場施工引起右線隧道的最大豎向位移為0.555mm，最大水平位移為2.030mm，均滿足區(qū)間隧道結構安全的要求。

在地下車庫施工過程中，通過軌道車站結構、區(qū)間結構監(jiān)測數(shù)據的采集、分析、反饋，可及時掌握現(xiàn)狀車站結構的安全狀態(tài)，并對出現(xiàn)的問題及時處理。應實現(xiàn)信息化監(jiān)測，及時、準確地測定各監(jiān)測項目的變化量及變化速率，及時反饋獲取的監(jiān)測信息，供設計、施工及有關工程技術人員決策使用。

4 結論及建議

停車場分兩期施工，采用鉆孔灌注樁+內支撐支護體系，明挖順作法施工，基坑各項安全穩(wěn)定性系數(shù)均滿足規(guī)范要求。停車場施工對軌道2 號線出入口及4 號線區(qū)間隧道的影響進行模擬分析，水平和豎向位移均在軌道控制保護標準范圍內，對軌道影響風險基本可控，通過精細化施工能保證所在范圍的軌道交通結構的安全，滿足軌道結構安全的要求。

在施工前應制定詳細的施工組織方案，優(yōu)化施工工序，制定基坑開挖應急方案，嚴格按照設計及施工方案進行施工作業(yè)。施工期間，對基坑及周邊4 號線區(qū)間結構、2 號線東七里站及其附屬結構等進行監(jiān)測，認真貫徹落實監(jiān)測預警等級制度，確?；雍椭苓吔嬛锇踩ｍ椖渴┕ね瓿珊髴^續(xù)監(jiān)測三個月，直到變形數(shù)據穩(wěn)定。