圍堰明挖基坑對鄰近隧道及橋梁的影響分析

虞春龍

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

隨著城市地鐵網絡的不斷建設，作為大城市的主要交通疏散工具，對城市發展起了至關重要的作用。新建項目的建設過程中不可避免的與軌道交通產生交織，對其產生影響，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行圍堰明挖基坑施工，由于圍堰填土、圍護施工、基坑開挖等因素的影響，勢必將改變隧道周邊的應力狀態，引起隧道產生沉降、隆起及隧道的橫向變形。當隧道變形積累到一定限度，輕則產生漏水，重則影響到地鐵的正常使用及運營安全。因此，鄰近地鐵隧道的圍堰明挖基坑設計，應特別重視對地鐵區間隧道的保護設計。

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路之間，在長壽路橋南側橫向穿越蘇州河，河中段結構寬度約28.8～31.1 m，結構型式主要為單層三孔箱涵，岸邊段在通道上方設置架空層，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，在擬建隧道北側為上海地鐵13號線盾構區間，區間隧道埋深為28.8～31.1 m，距離通道結構距離為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斷面需求，本區段分兩期明挖施工，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 場地地質條件

本工程所在場地內土層主要有:①1層填土、①2淤泥、②3層黃～灰色砂質粉土、④層灰色淤泥質黏土、⑤1層灰色粉質黏土、⑥層暗綠色粉質黏土、⑦1層草黃～灰色粉砂、⑦2草黃～灰色粉細砂、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、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。根據上海地區經驗，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 設計方案

本區段采用圍堰明挖法施工，考慮到汛期蘇州河過水斷面需求，采用分期施工，一期施工河東段，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地下連續墻圍護，根據開挖深度的不同，設置2道混凝土支撐+2～3道鋼支撐的支護型式，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，地下連續墻長度為43.5～46.5 m，地下連續墻隔斷⑦層承壓水，河中明挖段圍護橫典型橫剖面見圖4。

2 對鄰近隧道及橋梁影響數值分析

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號線區間隧道較近位置斷面，基坑寬度約30 m，鄰近地鐵側開挖深度約13.7 m，圍護采用800 m m地下連續墻，豎向共設置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號線盾構及長壽路橋橋墩的影響，土層采用H-S本構模型，計算模型見圖5。

2.2 計算參數

（1）土體參數

模型依據項目地質勘察報告及相關規范，確定的土體參數見表1。

圖5 計算模型

表1 模型土體參數

（2）支撐參數

支撐計算參數見表2。

表2 模型支撐參數

（3）圍護樁參數

圍護結構計算參數見表3。

表3 模型圍護樁參數

2.3 控制標準

根據上海地區已有地鐵及橋梁保護要求，考慮到前期已有變形及后期變形余量，地鐵區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 地鐵區間變形（m，圍堰及填土完成，最大1.60 mm）

圖9 地鐵區間變形（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。

分析結果表明圍基坑開挖對相鄰隧道及橋梁基礎影響較小，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移1.27m m，均滿足暫定控制標準。

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 結語

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

（2）目前本區段東半邊已施工完畢，施工期間地鐵區間與橋梁變形均在控制范圍內，進一步證明了設計方案的安全合理性；

（3）本項目的設計方案與分析結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）