淺談某污水處理廠明挖基坑臨近既有地鐵車站的影響評(píng)估

江冬飛

摘 要 針對(duì)目前某污水處理廠明挖基坑臨近已營(yíng)運(yùn)軌道交通地鐵車站，文章從實(shí)踐角度出發(fā)，分析了污水處理廠明挖基坑施工對(duì)已營(yíng)運(yùn)軌道交通地鐵車站的影響進(jìn)行了評(píng)估，經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算得到，擬建項(xiàng)目基坑開挖階段導(dǎo)致“既有地鐵車站”結(jié)構(gòu)的最大水平、豎向位移，滿足地鐵車站安全運(yùn)營(yíng)的變形標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案可行。

關(guān)鍵詞 地鐵車站;某污水處理廠;數(shù)值模擬

1項(xiàng)目概況

“擬建項(xiàng)目”明挖基坑臨近既有地鐵車站，共4處基坑，其中“基坑B”在既有地鐵車站安全影響范圍內(nèi)，需分析其施工對(duì)地鐵車站的影響。

“基坑B”呈矩形，南北向約42.60m，東西向約36.10m，基坑底標(biāo)高為-9.30m，基坑最大開挖深度為9.60m（相對(duì)于現(xiàn)狀地面標(biāo)高23.00m），其中，靠近既有地鐵車站一側(cè)基坑開挖深度為9.6m。

2工程水位地質(zhì)

擬建場(chǎng)地地貌單元屬于剝蝕堆積壟崗區(qū)（相當(dāng)于長(zhǎng)江沖洪積III級(jí)階地）。場(chǎng)地地層依據(jù)年代成因及巖性差異可自上而下劃分為六個(gè)單元層，即：第（1）單元層為人工填土層（Qml）及淤泥層（Ql）;第（2）單元層為第四系全新統(tǒng)沖積（Q4al）一般黏性土層;第（3）單元層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）老黏性土及黏土夾碎石層;第（4）單元層為第四系殘積（Qel）黏性土及紅黏土層;第（5）單元層為二疊系（P）硅質(zhì)巖;第（6）單元層為二疊系（P）碳質(zhì)泥巖。

在本次勘察揭露深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地下水類型主要為上層滯水和基巖裂隙水兩種類型。

上層滯水主要賦存于（1）單元層填土層中（含淤泥），主要接受大氣降水和地表水及周邊生產(chǎn)生活用水的滲透補(bǔ)給。

基巖裂隙水主要為碎屑巖裂隙水。碎屑巖裂隙水主要賦存于場(chǎng)地（5）層、（6）層硅質(zhì)巖及碳質(zhì)泥巖的風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中。

3擬建項(xiàng)目與地鐵車站的位置關(guān)系

“基坑B”位于既有地鐵車站Ⅱ號(hào)出入口的西側(cè)，其基坑邊緣距離既有地鐵車站Ⅱ號(hào)出入口邊墻外側(cè)的最小距離約為8.5m，“基坑B”的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為：放坡卸載平臺(tái)，下階采用支護(hù)樁+桁架混凝土支撐支護(hù)形式。“基坑B”與既有地鐵車站相互關(guān)系詳見圖1-2。

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)》CJJ/T202-2013表A.0.1，外部作業(yè)的接近程度判定為較接近;根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)》CJJ/T202-2013表A.0.2-2，外部作業(yè)的工程影響分區(qū)為一般影響區(qū)[1]。

4變形控制值

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202-2013）[2]，并參考以往工程項(xiàng)目并結(jié)合本項(xiàng)目的具體情況，綜合考慮原施工誤差因素，確定既有軌道交通地鐵車站由“擬建項(xiàng)目”基坑施工引起的結(jié)構(gòu)及軌道變形必須滿足以下要求：

（1）車站及附屬結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)。①車站主體、出入口結(jié)構(gòu)絕對(duì)沉降量≤10 mm，變化速率<1mm/d;②車站主體、出入口結(jié)構(gòu)上浮量、絕對(duì)水平位移量≤5 mm，變化速率<1mm/d;③車站主體、出入口結(jié)構(gòu)差異沉降量<0.04%L。

車站主體、出入口結(jié)構(gòu)變形量的預(yù)警值、警戒值分別為上述控制值的70%、80%。

（2）軌道變形控制標(biāo)準(zhǔn)。①軌道豎向變形±4mm，兩軌道橫向高差<4mm;②水平及水平三角坑高低差<4mm/10m。

5數(shù)值模擬分析

根據(jù)“擬建項(xiàng)目”與既有軌道交通地鐵車站的結(jié)構(gòu)形式及其相互位置關(guān)系，利用邁達(dá)斯有限元分析軟件建立數(shù)值計(jì)算模型，分析“擬建項(xiàng)目”施工階段對(duì)地鐵車站的影響。

5.1 模型建立

擬建“基坑A”開挖深度9.55m，采用φ1.0m@1.3m鉆孔灌注樁+一道砼支撐+放坡的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。本計(jì)算斷面從地面往下，地層依次為1-3素填土、1-1a碎石、4-3紅黏土、7-2石灰?guī)r。

采用一維梁?jiǎn)卧M圍護(hù)樁、混凝土支撐、土釘、噴射砼等，單元截面形狀及大小按實(shí)際施工圖的尺寸確定。通過設(shè)置一維單元的間距，實(shí)現(xiàn)一維單元截面剛度的平面等效。最終實(shí)現(xiàn)圍護(hù)樁、土釘、混凝土支撐等構(gòu)件力學(xué)行為的平面模擬。

選取二維平面應(yīng)變單元模擬土層、Ⅱ號(hào)出入口頂?shù)装寮皞?cè)墻。

5.2 分析步設(shè)置

為準(zhǔn)確模擬基坑施工過程對(duì)Ⅱ號(hào)出入口的影響，本報(bào)告數(shù)值模型分析步的設(shè)置如下：

分析步1：地應(yīng)力平衡（在考慮重力荷載及地面超載等先期荷載的作用下，完成內(nèi)力計(jì)算，軟件自動(dòng)平衡地層變形，要求在本分析步完成后，地層變形量小于10-5m）;

分析步2：Ⅱ號(hào)出入口施工（移除出入口范圍內(nèi)土體，激活Ⅱ號(hào)出入口圍護(hù)樁單元，轉(zhuǎn)換Ⅱ號(hào)出入口位置平面應(yīng)變單元屬性，位移清零）;

分析步3：擬建項(xiàng)目圍護(hù)樁施工（激活擬建項(xiàng)目圍護(hù)樁單元，施加基坑周邊施工荷載）;

分析步4：擬建項(xiàng)目放坡開挖（移除放坡開挖范圍內(nèi)土體，激活噴射砼、土釘、砼支撐等一維梁?jiǎn)卧?

分析步5：逐步開挖至基坑底標(biāo)高（移除開挖范圍內(nèi)剩余土體單元）。

5.3 計(jì)算結(jié)果及分析

通過計(jì)算分析顯示，基坑施工完成后，地層水平位移主要出現(xiàn)于基坑側(cè)壁及放坡坡頂范圍。基坑側(cè)壁地層最大的水平位移量為2.6mm，放坡坡頂土層最大水平位移為3.77mm。地層豎向位移表現(xiàn)為基坑底的隆起。基底隆起量最大值為6.5mm。Ⅱ號(hào)出入口最大水平位移約為0.76mm，Ⅱ號(hào)出入口最大豎向位移約為0.68mm。“基坑B”施工對(duì)既有地鐵車站Ⅱ號(hào)出入口影響較小。

既有地鐵車站Ⅱ號(hào)出入口水平和豎向變形量均小于相應(yīng)的控制限值且小于警戒值，方案可行。

6結(jié)束語

通過前述分析，擬建結(jié)構(gòu)對(duì)地鐵區(qū)間的影響評(píng)估結(jié)論及建議主要如下：

①“擬建項(xiàng)目”基坑B鄰近“既有地鐵車站”采用φ1.0m@1.3m鉆孔灌注樁+一道砼支撐+放坡的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，經(jīng)數(shù)值模擬分析計(jì)算，基坑開挖引起“既有地鐵車站”Ⅱ號(hào)出入口水平和豎向變形量均小于相應(yīng)的控制限值且小于警戒值，方案可行。②“擬建項(xiàng)目”基坑不需降水，對(duì)“既有地鐵車站”無降水的影響。③“擬建項(xiàng)目”基坑鄰區(qū)間側(cè)的肥槽內(nèi)，應(yīng)回填密實(shí)，確保結(jié)構(gòu)回筑階段側(cè)墻與圍護(hù)之間傳力可靠。④為確保鄰近的軌道交通結(jié)構(gòu)的安全，擬建項(xiàng)目樁基施工中應(yīng)采取泥漿護(hù)壁等有效的技術(shù)措施防止塌孔。

參考文獻(xiàn)

[1] 李延，漆泰岳，雷波，等.地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中空間效應(yīng)的影響[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2015，52（5）：138-144.

[2] 城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范：CJJ/T 202-2013[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，2013.