鄰近既有地鐵深基坑開挖施工控制方案研究

□文/唐 進

1 工程概況

成都軌道交通9號線一期工程武青南路站是與3號線的換乘站。3號線部分沿武興路設置，9號線部分順武侯大道鐵佛段設置，均為島式站臺車站，“T”形節點換乘。3號線地下二層，9號線地下三層。9號線車站為雙柱三跨結構，車站總長249.827 m，共設置3 個出入口、3個安全出口及2組風亭，其中F號出入口、3號安全出口及4號風亭與既有3號線連接。

2 制約因素

9 號線F 號出入口及3 號安全口為地下一層單跨結構，覆土厚度約4.8 m。9 號線F 號出入口需打開3號線主體結構負一層側墻28.65 m，3號線B號出入口側墻14.4 m；9號線3號安全口需打開3號線B號出入口側墻4 m，3 號線已在后期打開范圍預留梁柱體系[1～3]。

9號線4號風亭為地下2層結構，覆土厚度約4 m，與3 號線主體結構負一、負二層側墻連接長度共18.8 m，其中需打開側墻寬度為8.3 m，3號線已在后期打開范圍預留梁柱體系[1～3]。

3 基坑開挖及數值模擬分析

F 號出入口鄰近3 號線主體位置基坑寬度為6.6 m，深度約10.6 m，基底位于密實卵石層。圍護結構基坑采用鉆孔灌注樁+內支撐的支護形式，其中圍護樁采用φ1 000 mm@2 000 mm 鉆孔灌注樁，豎向設置1道φ609 mm、壁厚16 mm 鋼管支撐[4]，支撐一端位于3號線主體結構頂板上，需在3 號線頂板上新增牛腿。基坑地下水控制采用管井降水的方法，降水后基坑內水位低于坑底墊層下0.5 m，在3號線主體結構北側布置降水井，確保水位線位于負一層結構板以下，待9號線F 出入口結構施作完成后方可停止降水。車站基坑施工過程中需加強對鄰近地鐵車站結構的變形監控工作。

4號風亭鄰近3號線主體位置基坑深度約17.6 m，基底位于密實卵石層。圍護結構基坑采用鉆孔灌注樁+內支撐的支護形式，其中圍護樁采用φ1 200 mm@2 200 mm鉆孔灌注樁（局部利用3號線主體圍護樁），豎向共設置3 道φ609 mm、壁厚16 mm 鋼管支撐。基坑地下水控制采用管井降水的方法，降水后基坑內水位低于坑底墊層下0.5 m。需在3 號線主體結構北側布置降水井，確保水位線位于負一層結構板以下并滿足3 號線主體結構橫斷面兩側水頭差控制在8 m 以內的要求，待9 號線4 號風亭結構施作完成后方可停止降水。基坑施工過程中需加強對鄰近地鐵車站結構的變形監控工作。

采用Midas-GTS 軟件，選取三維地層-結構建立數值模型，分工況計算附屬分層開挖、加支撐、開挖至基底、回筑拆撐等關鍵工序對既有地鐵的影響。圖1-圖11。

圖1 模型一

圖2 模型二

圖3 模型三

圖4 基坑開挖前位移

圖5 基坑開挖至第一道支撐位置并架設支撐后位移

圖6 基坑開挖至第二道支撐位置并架設支撐后位移

圖7 基坑開挖至坑底位移

圖8 拆除第三道支撐位移

圖9 拆除第二道支撐位移

圖10 拆除第一道支撐位移

圖11 附屬施工完成后位移

由圖4 可見，基坑開挖前x、y、z方向位移均為0；由圖5可見，基坑開挖至第一道支撐位置并架設支撐后x方向最大位移0.56 mm，y方向最大位移0.29 mm，z方向最大位移0.77 mm；由圖6可見，基坑開挖至第二道支撐位置并架設支撐后x方向最大位移0.50 mm，y方向最大位移0.32 mm，z方向最大位移1.29 mm；由圖7可見，基坑開挖至基坑底x方向最大位移0.45 mm，y方向最大位移0.42 mm，z方向最大位移3.05 mm；由圖8可見，拆除第三道支撐x方向最大位移0.50 mm，y方向最大位移0.42 mm，z方向最大位移3.05 mm；由圖9可見，拆除第二道支撐x方向最大位移0.50 mm，y方向最大位移0.42 mm，z方向最大位移3.05 mm；由圖10可見，拆除第一道支撐x 方向最大位移0.50 mm，y方向最大位移0.42mm，z方向最大位移3.05 mm；由圖11可見，附屬施工完成后x方向最大位移0.49 mm，y方向最大位移0.23 mm，z方向最大位移1.80 mm。計算結果可滿足規范要求。

雖理論計算可以滿足規范要求，但在具體實施過程中工程各方應加強管理，合理安排工序，嚴格執行設計圖紙工序，確保既有3號線車站結構的安全。

4 基坑開挖監控

在9 號線附屬施工期間，采用自動化監測對既有3 號線進行全方位、嚴密的監測，確保運營線路的安全，監測等級為一級，見表1[5]和表2［2］。取二者較小值作為監控值。

表1 城市軌道交通既有線隧道結構變形控制值

表2 常用的城市軌道交通結構安全控制指標參考值

實測位移（沉降）的絕對值和速率值雙控指標達到極限值的70%～85%或雙控指標之一達到極限值的85%～100%，而另一項未達到該值作為預警指標。

實測位移（或沉降）的絕對值和速率值雙指標均達到極限值的85%～100%作為報警值。

5 施工注意事項

1）深基坑工程施工應遵循分區、分塊、分層、對稱、限時原則，建議在分塊分步開挖時靠近地鐵車站側土體后開挖，開挖到基底后根據需要在近鄰地鐵車站結構側采取基坑內留土堆載反壓預案。

2）降水井應合理布置，與地鐵結構保持距離，3號線主體結構北側布設一排降水井，保證水位的緩慢下降且水位線均位于負一層結構板以下。在降水過程中控制水位及出砂率，對地鐵結構沉降加強監測。

3）附屬基坑施工過程中需加強對鄰近地鐵車站結構的變形監控工作，可在車站結構內布置實時自動化監測設備，以隨時監控地鐵安全狀態。

4）施工過程中應注意對地鐵結構的保護，已有地鐵結構上方及周邊10 m 范圍內的堆載不得超過20 kPa。

5）施工前應做好應急預案的編制，以應對各種危及地鐵結構安全的突發情況。

6 結論

9 號線武青南路站F 號出入口及4 號風亭已施工完成，監測數據滿足規范及設計要求。該站屬于典型的鄰近既有深基坑開挖，施工過程中嚴格控制了既有地鐵的變形并保證正常使用。對于后期類似車站，建議設計時考慮以下幾點：

1）既有地鐵橫斷面兩側未對稱開挖，設計應驗算允許水頭差，必要時兩側應同時降水，確保既有地鐵裂縫寬度在允許范圍值內；

2）基坑開挖過程中設計應考慮對既有地鐵采取相關保護措施，如既有地鐵橫斷面單側開挖，應對既有地鐵各層板進行支撐，承受對側側向壓力。