超深基坑開挖對既有線及建筑物的影響分析

焦騫歐

（中鐵上海設計院集團有限公司天津分院 天津市 300073）

1 工程概況及周邊環境描述

1.1 工程概況

新建車站位于衛津南路與賓水西道北側，于衛津南路路下南北向敷設。車站西側為老干部活動中心，東側為腫瘤醫院，南側為既有車站及區間。車站周邊環境復雜、交通繁忙。

主體結構為地下四層雙柱三跨矩形框架結構，采用蓋挖逆作法施工，基坑標準段深34.89m，盾構井段深36.59m。圍護結構采用1.2m厚地下連續墻，墻長約67.89m，采用工字鋼板接頭。標準段基坑豎向布設3道支撐，盾構井基坑豎向布設4道支撐，均為1.2m×1.0m鋼筋混凝土支撐。主體結構頂板厚1.0m，地下一二層樓板厚0.4m，地下三層樓板厚0.5m，底板厚1.4m，地下1～2層側墻厚0.8m（盾構井處0.9m），地下3～4層側墻厚1.2m（盾構井處1.3m），采用直徑1.1m，壁厚25mm鋼管混凝土柱，柱下為φ2.2～3.5m擴底樁基，樁長40m。

1.2 周邊環境描述

既有車站及區間位于新建車站南側，建筑新建車站主體基坑結構凈距為30.3m。既有車站為地下三層島式車站，標準段外包總寬24.8m。車站主體基坑開挖深度27.47m，采用1m厚地下連續墻圍護結構。既有區間為四線并行區間，頂部覆土分別為10.7m、19.5m，距離新建車站盾構井外皮凈距24.34m。主體基坑東側腫瘤醫院放射療區的單層醫用建筑，基礎為淺基礎，距離車站主體結構外皮凈距為25.34m。以上建構筑物環境風險等級均為Ⅱ級。

2 工程地質及水文地質

場地范圍內依次為人工填土層（Qml）、全新統上組陸相沖積層（al）、全新統中組海相沉積層（m）、全新統下組沼澤相沉積層（h）、全新統下組陸相沖積層（al）、上更新統第五組陸相沖積層（al）、上更新統第四組濱海潮汐帶沉積層（mc）、上更新統第三組陸相沖積層（l）、上更新統第二組海相沉積層（m）、上更新統第一組陸相沖積層（al）、中更新統上組濱海三角洲沉積層（mc）。

主體基坑圍護結構范圍內共涉及四個承壓水層，圍護結構隔斷了第三承壓水。

3 基坑開挖過程模擬及計算結果

3.1 模擬計算

車站臨近既有腫瘤醫院放射療區和既有車站、區間隧道數值模擬計算采用MIDAS-GTS有限元軟件，建立整體三維有限元模型進行計算分析。以新建車站軸線方向為X軸，其垂直方向為Y軸，豎直方向為Z軸建立三維模型。模型按照實際尺寸，分別建立兩車站結構模型、醫院基礎模型及四線盾構隧道。有限單元法地層結構材料的本構關系及單元選取：各巖土層均采用彈塑性模型，三維實體單元，屈服準則采用Mohr-Coulomb準則；車站結構及盾構隧道管片采用彈性模型。模型尺寸：190m（新建車站方向）×180m（既有車站方向）×100m（高）。模型的邊界條件如下：模型頂面為自由面，無約束；模型底面每個方向均約束；模型四個側面均只約束法向，其余方向自由無約束。對模型劃分網格，網格為四面體網格，模型如圖1所示。

3.2 計算結果

新建車站主體結構負四層施工完成后，腫瘤醫院單層放射療區基礎靠近小里程端頭井處累計最大沉降8.69mm，未超過最大沉降限值20mm的70%；相鄰柱距差異沉降累計2.78mm，未超過差異沉降限值10mm的70%，均滿足變形要求。既有車站、區間隧道靠近端頭井處最大沉降1.78mm，未超過隧道沉降限值10mm的70%；側向最大位移1.21mm，未超過隧道最大水平位移5mm的70%；隧道任意兩點差異沉降均小于0.04%L，滿足變形要求。

圖1 新建車站與既有車站、區間及既有建筑物關系示意圖

圖2 新建車站施工完成后位移示意圖

4 風險控制及應急預案

4.1 基坑

（1）支撐失穩的應急措施：對施工場地進行封閉，馬上上報，做好安全防護工作和組織搶險營救；加大監測頻率，實時監控基坑及周邊環境變化，根據監測數據及時采取措施。

（2）圍護結構變形超標應急預案：一旦發現圍護結構變形速率及變形值增大，應立即停止開挖，并根據變形的部位和原因采取加強、加密支撐，控制降水速率等方式確保基坑施工安全有序進行。

（3）基坑隆起量過大的應急措施：監測基坑隆起變形情況，一旦基坑隆起量過大，對基坑底部進行反壓后，并對坑底土體進行注漿加固處理。

4.2 既有地鐵結構

（1）結構變形過大：基坑開挖引起的結果絕對變形影響結構穩定性和受力。施工過程中應當做好監控量測，一旦出現結果變形過大應當立即停止施工，采取注漿加固、增強支護能有效措施。

（2）結構差異沉降過大：區間隧道發生差異沉降過大將對地鐵線路平順性和隧道結構內力產生影響，變形縫處差異沉降過大導致結構縫處破壞滲漏。一旦差異沉降超限，應立即停止施工和停止地鐵車輛運行，采取背后注漿糾偏等方法進行控制。同時對軌道進行調整，加強監測，變形穩定后才可通車。

（3）地鐵軌道變形過大：施工過程中一旦發現地鐵軌道偏差超標，應立即停止施工，及時與相關部門聯系，同時配合地鐵養護維修單位，盡快減緩變形，調整線路設備達到通車條件后，方可通車。

4.3 周邊建筑變形超限的預防處理措施

對已明確的建筑物制定防護預案，施工中如建筑物變形控制在允許范圍內則按常規法施工。如建筑物變形超過預警值，則按防護預案施工。

施工中水平位移過大預案：

水平位移變形是由于地下土層失水和開挖過程中土壓力引起土層側向隆起，從而引起水平位移。采取土體固結法，對結構物附近土體進行固結處理，處理方法采用壓注水泥漿或改性水玻璃漿加固土體，使土體形成塊效應，從而減少水平變形。

建筑物沉降變形超標預案：

對建筑物周邊土體進行加固，加固采用預注漿方案。根據土層選用注水泥漿，水泥水玻璃和改性水玻璃漿幾種方法。

5 結論

5.1 主要結論

通過上述分析得到結論如下：

新建車站主體基坑工程施工時，會對近鄰腫瘤醫院放射療區的單層醫用建筑以及既有車站、區間產生一定沉降及側向變形，變形均未超過報警值。

5.2 主要建議

基坑開挖應嚴格按照設計及相關規范要求，施工過程中應加強監測，防止過大變形。

施工前，對周邊建筑物結構進行一次全面的調查，調查內容包括但不限于：結構面開裂、混凝土結構破損、鋼筋外露及損傷、接縫錯臺、結構滲漏水等，對于存在的問題進行修復后再施工，施工過程中如出現上述問題，應及時采取有效措施。

6 結語

軌道交通線網日益密集，新建車站臨近既有車站、區間及建構筑物的情況屢見不鮮，新建車站的基坑開挖對建構筑物的影響分析日益重要。本文通過有限元分析軟件分析了基坑開挖對既有車站、區間及建構筑物的影響，對類似主體基坑的施工有一定的指導作用。