地鐵基坑開挖對臨近下沉廣場的影響及優化措施分析

中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308

1 工程概況

無錫地鐵4號線大劇院站設計為地下2層11m島式車站，站后設置雙停車線。車站主體跨大劇院路布置，配線區跨金石路沿萬順道布置；大劇院路規劃道路紅線寬24m，金石路規劃道路紅線寬30m，萬順道規劃道路紅線寬33m。下沉廣場1結構側墻外邊線距車站圍護結構外邊線最近2.8m，下沉廣場2結構側墻外邊線距車站圍護結構外邊線最近5.5m，且兩下沉廣場側墻均為約7.5m的懸臂結構。

2 特殊巖土地質

該工點主要位于無錫市濱湖區大劇院路與金石路間，在萬象城西側、大劇院南側，場地北側為五里湖，南側有北祁頭橋河東西向通過，場地起伏較小，自然標高一般在3.5～4.5m。此次勘察揭露地層最大深度為75m，按各巖土層的物理力學性質、沉積環境、成因類型，可劃分10個工程地質層、19個工程地質亞層。

涉及填土部分以①1-1碎石填土居多，淺部30～50cm包含大面積瀝青混凝土路面，局部區域存在少量粒徑超50cm的碎石，土質分布均勻性欠佳，且厚層狀軟土含量豐富，天然孔隙比≥1.0，靈敏度高、透水性低，不具備優良的工程性能。

3 下沉廣場臨時支頂方案

3.1 地鐵基坑開挖對下沉廣場的影響

地鐵開挖的擾動性作用顯著，周邊地基的狀態易發生改變，如地下水位、應力場等均有所變化，可見地基土體存在變形現象，不利于周邊環境的安全性與穩定性，臨近建筑物開裂、傾斜等現象的發生概率較高，甚至無法維持正常使用的狀態。鑒于此，需在開挖前做好分析，將地鐵基坑主體工程與周邊建筑物等環境視為整體對待，采取行之有效的安全控制措施，確保建筑物可維持穩定，以便正常使用[1]。

具體至該項目中，萬象城的下沉廣場1和下沉廣場2均為易受擾區域，原因在于周邊規劃有擬建的地鐵4號線大劇院站，地鐵基坑開挖過程中易威脅到兩座下沉廣場。為順利開展開挖作業并保證既有下沉廣場的正常運營，需以實際情況為立足點，采取行之有效的支頂措施，從源頭上規避施工風險，營造安全的基坑開挖施工環境。

3.2 下沉廣場支頂措施的計算與分析

（1）計算思路。地下墻為基坑施工期間極為關鍵的圍護結構，應采用增量法，以實際開挖工況為準分階段展開針對性的計算。對于圍護墻，較為適宜的是按豎向彈性地基梁展開計算，且不容忽視墻體開挖面下方的土層，該部分也可以采用彈簧進行模擬，在彈簧處于受壓的狀態時，不承受拉力。若存在特殊情況（有拉力），應當隨即拆除彈簧，再根據實際情況進一步展開計算，將支撐作為桿單元。開挖過程中，可融入朗肯理論，以便確定主動土的壓力值。對于開挖期間的荷載，在計算時可將其確定為內外側不平衡土壓力的增量，再引入增量法，經過計算后確定各階段的內力和變形量，其僅反映的是此階段的指標增量情況，若要明確真實的內力和變形量，則需結合前期各階段的數值，采取疊加的方法，最終求得具體結果[2-3]。

（2）計算值及具體結果。為使大劇院站施工期間對下沉廣場的運營影響最小，下沉廣場1采用支撐+肋板支頂方案，下沉廣場2采用肋板支頂方案。根據主體圍護結構計算的結果，經比較，下沉廣場1處第一道支撐軸力最大，其設計軸力為1450kN，相鄰兩支點間距為5.2m，延米荷載為280kN/m，則按延米荷載反作用于下沉廣場側墻，肋板高4m，上寬1m、下寬2.5m，厚0.4m，間距2.5m。計算結果具體見圖1～圖3。

圖1 加肋板后，下沉廣場懸臂側墻垂直于墻面的水平位移（單位：mm）

圖2 加肋板后，下沉廣場懸臂側墻的繞X軸彎矩（單位：kN/m）

圖3 加肋板后，下沉廣場懸臂側墻的繞Z軸彎矩（單位：kN/m）

由計算結果得出以下結論：①加肋板后，下沉廣場側墻頂部水平變形約為3mm，滿足相關規范中規定的建筑物變形控制標準。②在大劇院站施工期間，下沉廣場側墻在肋板頂部的彎矩最大，其中，繞整體坐標系X軸彎矩約為120kN/m，繞整體坐標系Z軸彎矩為300kN/m。經復核驗算，下沉廣場側墻原設計配筋為水平向φ18@150、豎向φ32@200、拉筋φ8@600，均能滿足受力要求。

3.3 優化措施

地鐵開挖過程中，為最大限度地減少開挖對下沉廣場穩定性所帶來的不良影響，必須采取優化措施，切實提高開挖支頂措施的可行性。遵循先撐后挖的原則，分段、分層依次展開，形成流水化土方開挖作業模式，且需要兼顧時空效應。隨著土方開挖作業的持續推進，當達到基坑底部時，應組織墊層的施工作業，盡可能在較短時間內設置好結構底板。具體至該工程中，除了做好前述所提的基礎工作，還需加強監測，以所得結果為準，分析臨時支頂方案的應用情況，采取相適應的優化措施，具體如下。

（1）下沉廣場1。為減小支頂施工過程及拆除前對下沉廣場運營的影響，支頂方案采用2道對撐+6道板肋方案：樓梯下設置板肋，板肋施工期間小范圍圍擋，下沉廣場樓梯可正常通行；對施工影響區域進行臨時圍擋，施工2道對撐。支撐平面間距約3.5m，支撐中心作用至萬象城下沉廣場頂板中心標高處，兩端頭設置防脫落措施，中間設置豎向支頂，保證支撐安全、穩定。通過在下沉廣場內部設置圍擋、吊頂保護等可最大限度地降低對萬象城運營的影響。

（2）下沉廣場2。為減小支頂施工過程及拆除前對下沉廣場的影響，支頂方案采用對下沉廣場側墻增加肋板的加固方案：下沉廣場2中，對靠近地鐵側的懸臂側墻進行肋板加固，肋板高約4.5m，頂端寬0.8m、底端寬2.0m，厚約0.4m；肋板水平間距設置為2.75m一道，與側墻方向垂直。肋板的具體平面位置可結合現場樓梯的實際位置進行微調。肋板施工時僅對施工影響區域進行小范圍臨時圍擋，下沉廣場樓扶梯可正常運營。肋板施工完畢后可進行裝修及裝飾，確保下沉廣場的美觀，最大限度地降低對萬象城運營的影響。在將相關優化措施落實到位后，僅通過小范圍的圍擋便可取得較好的應用效果，萬象城下沉廣場的穩定性得到保障，全程施工安全可靠，難度較低，可在較短時間內高效完成。一方面，基坑開挖效果良好；另一方面，臨近下沉廣場可維持穩定，正常使用[4-5]。

4 結束語

綜上所述，施工單位需對地鐵基坑在既有臨近下沉廣場（保持下沉廣場運營）開挖時對下沉廣場結構的影響進行相應的分析，并根據工程的實際情況給出具體的優化和保護措施，以進一步保障工程的質量安全。