深基坑工程臨近既有地鐵車站結(jié)構(gòu)施工的影響分析

蔡宗洋

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037）

1 引言

臨近既有地鐵車站結(jié)構(gòu)基坑施工，土方開挖可能出現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及周邊環(huán)境沉降等，要充分考慮周邊環(huán)境復(fù)雜、圍護(hù)工程工作量大、地質(zhì)條件差等困難，合理選擇開挖方式和支護(hù)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)，保證工程質(zhì)量。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目概況

本工程位于杭州市上城區(qū)近江區(qū)塊，東側(cè)和北側(cè)緊鄰婺江家園住宅小區(qū)，南側(cè)為銀鼓路，西側(cè)為婺江路，項(xiàng)目基坑距離運(yùn)營(yíng)中的杭州地鐵1號(hào)線婺江路站風(fēng)亭約2 m，距離婺江路站～近江站區(qū)間隧道約17.6 m。

2.2既有軌道交通概況

整個(gè)車站有車站主體、出入口及風(fēng)道3部分組成，出入口5個(gè)，位于車站南北兩側(cè)，車站設(shè)有2座風(fēng)道，分別位于車站兩端，風(fēng)道采用雙層箱型結(jié)構(gòu)。車站總長(zhǎng)約259.6 m，總寬18.9 m，站臺(tái)有效長(zhǎng)度為120 m，站臺(tái)寬度10.2 m。車站頂板覆土約5 m，底板埋深約18 m。

3 基坑圍護(hù)及開挖方案設(shè)計(jì)

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式

本項(xiàng)目主基坑深度約14.5 m，附屬連通通道基坑深度約10~13 m。主基坑分為5個(gè)分坑，分別為分坑1~分坑5（見圖1）。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+地連墻結(jié)合內(nèi)支撐方式，地連墻長(zhǎng)為1 000 mm，主要分布于臨近地鐵側(cè)[1]。其余部分采用鉆孔灌注樁，樁徑1 000 mm，間距1 300 mm。附屬改造部分基坑分為3個(gè)分坑，分別為分坑6~分坑8。其中，分坑6和分坑7邊界部分借助既有軌道交通結(jié)構(gòu)，其余部分采用鉆孔灌注樁加MJS注漿加固。

圖1 基坑分坑圖

基坑分坑開挖按順序：①分坑1和分坑2；②分坑3和分坑4；③分坑5；④分坑6；⑤分坑7；⑥分坑8。

3.2 內(nèi)支撐

1）分坑1、3共有3道支撐，第一道支撐為混凝土支撐，第二道和第三道支撐為型鋼組合支撐；分坑2、分坑4、分坑5共設(shè)置4道支撐，第一道支撐為混凝土支撐，第2~4道支撐為鋼管支撐。分坑8設(shè)置共有2道支撐，均為混凝土支撐。

2）混凝土支撐采用C30，型鋼組合支撐采用H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼；橫梁采用H300 mm×300 mm×10 mm×15 mm型鋼；圍檁采用H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼，并配合軸力伺服系統(tǒng)使用。鋼管支撐直徑為800 mm，厚度為16 mm。

3）施工前須對(duì)鋼構(gòu)件的完整程度和力學(xué)性能進(jìn)行檢查和檢測(cè)；支撐應(yīng)分組安裝，預(yù)應(yīng)力應(yīng)分級(jí)施加，依次為總預(yù)應(yīng)力的20%、50%和30%，施加過程中應(yīng)結(jié)合監(jiān)測(cè)和巡查結(jié)果進(jìn)行信息化施工；土方開挖范圍內(nèi)的支撐受力路徑應(yīng)閉合[2，3]。加壓系統(tǒng)采用軸力自動(dòng)補(bǔ)償伺服系統(tǒng)。

4 基坑三維模型計(jì)算分析

4.1 模型說明

本文主要采用大型通用有限元分析軟件PLAXIS 3D進(jìn)行三維數(shù)值模擬，分析基坑開挖過程對(duì)涉鐵設(shè)施結(jié)構(gòu)的影響。

綜合考慮基坑施工的影響范圍和影響對(duì)象，計(jì)算模型的平面尺寸為210 m（X方向，或東西向）×200 m（Y方向，或南北向），計(jì)算模型中深度（Z方向，向上為正，負(fù)值代表沉降）取60 m（見圖2）。

圖2 模型網(wǎng)格及尺寸圖

4.2 模型結(jié)果

選定5個(gè)主要不利工況，主要變形情況匯總見表1。

表1 變形情況匯總

5 結(jié)果分析

5.1 基坑監(jiān)測(cè)情況

5.1.1 土體測(cè)斜

根據(jù)以上深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，CX1測(cè)點(diǎn)的位移值最大，其他測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)相對(duì)較小。分析CX1測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在2021年12月24日土體最大水平位移為22.93 mm，此階段對(duì)應(yīng)分坑1在進(jìn)行拆撐工序，之后隨著地下室側(cè)墻及中板的澆筑，變形趨勢(shì)減小，變形數(shù)據(jù)逐漸穩(wěn)定，截至2022年1月21日，同深度位置處的土體變形最大值減小為20.77 mm，目前已基本完成分坑1的回筑工況，基坑支護(hù)體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5.1.2 地表沉降

截至2022年1月24日，地表沉降的最大值為8.49 mm，發(fā)生位置為CJ2。由分坑1和分坑2的運(yùn)土路線可以發(fā)現(xiàn)，CJ1和CJ2位于兩個(gè)分坑的運(yùn)土線路附近，分析其原因?yàn)槭苤匦瓦\(yùn)土車的碾壓所致。其他測(cè)點(diǎn)大部分處于5 mm左右，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5.2 軌道交通監(jiān)測(cè)情況

基坑土方開挖至2022年1月25日，上行線結(jié)構(gòu)的水平位移及相應(yīng)的水平收斂值變形稍大。圍護(hù)樁施工階段影響較小，水平位移最大值在2 mm以內(nèi)。隨著基坑土方的開挖，變形的斜率增大，且隨著基坑向下的施工，變形量也越大，說明土體卸載造成既有線發(fā)生向基坑一側(cè)位移的累積效應(yīng)相對(duì)較為明顯。在2021年11月17日，分坑1及分坑2開挖到底，土方開挖停止；隨著基坑內(nèi)墊層及地下室底板的施作，既有線的水平位移雖仍然是累積增加的趨勢(shì)，但增大的幅度變小并逐步穩(wěn)定，截至2022年1月25日，最大水平位移為7.0 mm，對(duì)應(yīng)的斷面點(diǎn)號(hào)為SSP35（18）。除水平位移外，上行線結(jié)構(gòu)的水平位移及相應(yīng)的水平收斂變形值也有類似的變化趨勢(shì)，但變形量絕對(duì)值相對(duì)較小，最大值在3~4 mm，影響較小。

由出入口的沉降變形時(shí)程可以看出，主要變形突變有兩個(gè)，一個(gè)發(fā)生在2021年9月21日，即分坑1完成第一道混凝土支撐，開始進(jìn)行第二次開挖的時(shí)刻。在此之前，出入口的沉降變形最大值在2 mm左右，隨著分坑1開挖土方量的加大，變形斜率明顯加大，一直到2021年10月15日，分坑1開始施作了第三道支撐，出入口的沉降變形加大趨勢(shì)得到了緩解，此時(shí)最大值約為4 mm。分析其原因可知，在第一道支撐施工時(shí)，土體的卸載量較小，但從第一道支撐～第三道支撐間的豎向距離較大，土體卸載量也要大很多，因此造成此階段的變形量增加較快。

第二個(gè)突變發(fā)生在2021年11月2號(hào)，即分坑1由第三道支撐位置開挖到底的過程。此階段基坑?xùn)|側(cè)發(fā)生了滲漏水，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行堵漏施工工期長(zhǎng)達(dá)21 d，基坑長(zhǎng)時(shí)間處于擱置狀態(tài)下，發(fā)生較大蠕變。分析數(shù)據(jù)可以看出，滲漏水期間出入口的結(jié)構(gòu)變形斜率較大，造成的不利影響也更突出。

隨著堵漏工序完成，分坑1開挖到底及后續(xù)底板的及時(shí)施作，出入口的變形得到了一定程度的控制，雖然后續(xù)回筑過程中，隨著拆撐的工況，沉降變形有一定的起伏，但總體的變形速率相對(duì)穩(wěn)定，截至2022年1月25日，分坑1已基本完成回筑過程，最大沉降值為7.1 mm。

6 后續(xù)基坑施工建議

結(jié)合基坑圍護(hù)方案具體的施工工況要求，通過理論和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、三維有限元數(shù)值分析，進(jìn)行了各個(gè)階段的施工工況等對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)變形的分析和計(jì)算。分析結(jié)果表明采用本工程基坑圍護(hù)方案，并結(jié)合施工分塊、控制施工時(shí)間等措施，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)（圍護(hù)樁、止水帷幕等）施工質(zhì)量可靠的前提下，適時(shí)調(diào)整既有軌道交通結(jié)構(gòu)的變形控制值，優(yōu)化部分施工措施，地鐵結(jié)構(gòu)的變形可滿足基坑施工的要求。

盡管如此，考慮到基坑施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性和實(shí)際施工應(yīng)遵循“分層、限時(shí)”的基坑施工原則，盡可能減少地鐵結(jié)構(gòu)保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)。為此，提出以下3點(diǎn)建議：

1）為防止再次發(fā)生滲漏水情況，開挖前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)止水帷幕、地連墻、排樁等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量檢驗(yàn)，對(duì)存在質(zhì)量問題的區(qū)域及時(shí)采取加固、補(bǔ)樁等措施，確保止水效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求[4]。特別是對(duì)于地連墻與圍護(hù)樁相接位置，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，發(fā)現(xiàn)圍護(hù)缺陷處必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)后方可開挖。

2）施工過程加強(qiáng)地下水位的監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)巡視工作，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)地下水位變化較大或有滲漏點(diǎn)的情況，進(jìn)而及時(shí)采取應(yīng)急措施，避免不利影響進(jìn)一步擴(kuò)大。

3）基坑各階段挖土施工必須遵循“分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。每層厚度不宜大于1.5 m，每段開挖寬度不宜超過20 m為最低要求，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)既有線監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)一步減少每次的開挖高度。不得隨意開挖或超深開挖，嚴(yán)格控制每次開挖的土方卸載量。

7 結(jié)語

深基坑施工期間對(duì)既有建筑物的變形影響總體可控，但應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注與在建深基坑相鄰處。在設(shè)計(jì)方案中，地塊基坑支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮地鐵保護(hù)加強(qiáng)措施，在保證支護(hù)剛度足夠、分步開挖距離合理的情況下，對(duì)控制支護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形和周邊地表沉降十分有利，同時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注拆撐工況，必要時(shí)對(duì)基坑加設(shè)支撐以保證安全。