上海軟土地區基坑開挖對既有鐵路的影響

周羽哲, 諸 洲

(西南交通大學土木工程學院, 四川成都 610031)

基坑開挖對既有設施的影響一直以來都是工程實際中需要面對的問題。隨著城市建設的發展，越來越多的基坑開挖項目，在既有交通、建筑等設施附近進行。支護強度或剛度不足的基坑，將對基坑本身以及周圍設施造成不可估量的損失[1]。因此，對城市基坑開挖支護結構以及周圍設施的變形分析已成為不可或缺的評估環節。目前，基坑開挖評估計算主要采用規范法、有限元計算法、有限差分法等[2]。本文基于有限元理論，采用邁達斯GTS數值計算軟件對上海某基坑工程進行支護結構變形分析，并對基坑開挖對鄰近既有鐵路影響做出評估。

1 項目工程概況

基坑場地位于上海市西南郊，該場地自地表至60.0 m深度范圍內，各地基土層為第四紀全新世Q4至晚更新世Q3沉積土，地基土主要由黏性土、粉性土、砂性土組成，根據土層的成因類型、工程地質特征，土性結構和物理力學性質指標，以及靜力觸探和標準貫入試驗等原位測試資料綜合分析，該場地地基土共劃分6個主要層次及若干亞層，土體主要物理力學參數見表1。

表1 土體物理力學參數

2 基坑開挖變形分析

2.1 模型建立

按照基坑設計圖紙與地勘資料，使用邁達斯前處理功能進行模型建立(圖1)。得到模型長200 m，寬160 m，高60 m。模型x方向為順鐵路方向，y方向為垂直鐵路方向。

圖1 基坑場地及地層建立

基坑開挖深度6.5 m，采用SWM工法樁[3]加一道混凝土內支撐的方式進行圍護結構設計設計采用水泥土攪拌樁內插H700×300×13×24@1200型鋼，三軸水泥攪拌樁水泥摻量20 %，樁底相對標高-16.500 m，樁長15.5 m，其中懸臂端長6.2 m，嵌固端長9.3 m；內插型鋼長15 m，基坑圍護結構見圖2。

2.2 計算參數及本構模型選取

計算參數按照勘察資料選取；計算采用修正摩爾-庫倫屈服準則[4]與彈塑性本構[5]。

2.3 模型約束

計算區域各邊界均取法向位移約束，即模型長邊約束x方向位移，模型短邊約束y向位移，底部邊界設為固定邊界。

2.4 基坑開挖的位移場

基坑開挖至底部并拆除內支撐后的y方向位移場見圖3，z向位移場見圖4。基坑圍護結構y向最大水平變形發生在臨近鐵路邊中點處，其值為18 mm，鐵路路基發生y向最大水平位移8 mm。圍護結構z向沉降變形僅1 mm，鐵路路基發生最大z向沉降13 mm。

圖3 基坑y向位移場云圖

圖4 基坑z向位移場云圖

在底板施工前，即基坑開挖至坑底步驟，工法樁帷幕在坑底高程處產生最大水平位移(圖5)。分析認為，坑內上海地區軟土在坑底對工法樁帷幕提供的支撐不足。導致了該工程項目中支護樁最大位移變形出現在坑底位置，與常規基坑開挖最大位移出現在樁身中部不同。

圖5 工法樁帷幕水平變形云圖

3 結論

本項目基坑開挖引起的圍護結構變形，均在上海市標準《基坑工程技術標準》限值內，滿足設計要求。

但對鄰近既有鐵路的影響變形超出了《上海鐵路局工務安全管理辦法》限值10 mm范圍。本文建議加強圍護結構剛度，或改變支護結構形式，使用鉆孔樁等更強的措施加強基坑鄰近鐵路側坑壁。

同時，由于上海地區的軟土在坑底對支護結構的支撐不足，導致支護樁在坑底高程處產生最大水平變形，建議在混凝土底板達到設計強度前，增強對坑底圍護樁的檢測頻率，確保支護結構的穩定安全。