鄰近地鐵高架車站深基坑支護(hù)專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案研究

尉婧明

北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100037

隨著北京地鐵線網(wǎng)的不斷發(fā)展，建設(shè)工程基坑鄰近在運(yùn)營(yíng)地鐵的項(xiàng)目逐漸增多。鄰近運(yùn)營(yíng)地鐵深基坑開挖會(huì)對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形影響，深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)必須滿足地鐵結(jié)構(gòu)變形控制要求。地鐵高架車站由于結(jié)構(gòu)特殊性，限制了所鄰近深基坑支護(hù)手段的選擇，本文依托北京某深基坑鄰近地鐵亦莊線高架車站項(xiàng)目，采用分兩期開挖，設(shè)置鋼格構(gòu)+內(nèi)支撐的方式控制鄰近側(cè)地鐵結(jié)構(gòu)的變形。通過有限元數(shù)值分析手段，分析基坑開挖影響既有結(jié)構(gòu)的變形情況，驗(yàn)證了支護(hù)方案的可行性。

1 工程概況

新建建設(shè)項(xiàng)目位于北京市亦莊區(qū)，項(xiàng)目基坑平面尺寸約121m×81m，基坑最大開挖深度15.10m。基坑?xùn)|北側(cè)為地鐵亦莊線萬源街高架車站，新建基坑與既有車站承臺(tái)平面凈距約12.38m。

圖1 新建區(qū)間與既有地鐵位置關(guān)系總平面

既有地鐵車站主體結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)為120m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22m，為兩層三跨框架結(jié)構(gòu)，橋建組合式結(jié)構(gòu)體系，車站主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆+預(yù)制吊裝的施工方法。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁加承臺(tái)，樁徑800mm，樁長(zhǎng)為21.2～24.9m，橋樁凈距為4.8～7.2m。場(chǎng)區(qū)地層自上而下分別為雜填土、粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、圓礫層，場(chǎng)區(qū)穩(wěn)定潛水水位埋深為22.20m，基底位于地下水位以上。

2 基坑支護(hù)方案對(duì)比選擇

結(jié)合地鐵保護(hù)要求，基坑支護(hù)方案選擇對(duì)比如下。

表1 基坑支護(hù)方案對(duì)比

3 基坑支護(hù)方案專項(xiàng)設(shè)計(jì)

深基坑采用兩期開挖方式，設(shè)置鋼格構(gòu)+內(nèi)支撐方式進(jìn)行支護(hù)，施工過程中先打設(shè)鄰近地鐵側(cè)圍護(hù)樁，施作西半部分的主體結(jié)構(gòu)，東半部分預(yù)留土臺(tái)，待已施作結(jié)構(gòu)主體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，隨挖隨撐施作東半部分基坑和主體結(jié)構(gòu)。

圖2 深基坑一期支護(hù)剖面圖

圖3 深基坑二期支護(hù)剖面圖

二期基坑豎向設(shè)置3道鋼支撐，直徑609mm，壁厚16mm。第一道鋼支撐軸力標(biāo)準(zhǔn)值937.13kN，第二道鋼支撐軸力標(biāo)準(zhǔn)值1876.43kN，第三道鋼支撐軸力標(biāo)準(zhǔn)值1818.20kN。

在兩期開挖分界處的地下室每層樓板對(duì)應(yīng)標(biāo)高處各設(shè)置一道900mm×800mm混凝土腰梁，沿腰梁縱向每8米設(shè)置一根鋼格構(gòu)臨時(shí)立柱，立柱基礎(chǔ)樁采用800mm@8000mm鉆孔灌注樁。

4 數(shù)值模擬分析驗(yàn)證

4.1 土體材料參數(shù)

本構(gòu)模型采用D-P彈塑性模型，參數(shù)如表2所列。

表2 土體單元參數(shù)表

4.2 模型建立

采用Midas Gts Nx軟件進(jìn)行三維有限元建模，土體單元選用混合四面體三維實(shí)體單元。土體模型邊界選用地面支承邊界。

圖4 計(jì)算模型二期施工示意圖

4.3 預(yù)測(cè)分析

既有高架車站豎向預(yù)測(cè)位移整體表現(xiàn)為下沉，一期基坑施工完成，既有地鐵結(jié)構(gòu)累計(jì)最大沉降為0.449mm，累計(jì)橫向位移0.383mm；二期基坑完成拆換撐工況后，既有地鐵結(jié)構(gòu)累計(jì)最大沉降為1.160mm，累計(jì)橫向位移0.892mm，相鄰墩臺(tái)最大差異沉降為0.72mm。拆換撐階段既有結(jié)構(gòu)變形達(dá)到最大值，最大沉降變形部位為緊鄰基坑位置承臺(tái)處，最大橫向位移部位為緊鄰基坑位置墩頂處。

圖5 既有區(qū)間結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)變形結(jié)果（mm）

圖6 既有高架橋墩臺(tái)沉降分布曲線（mm）

5 結(jié)論與建議

鄰近地鐵高架站深基坑采用分兩期施工，設(shè)置鋼格構(gòu)+內(nèi)支撐方式進(jìn)行支護(hù)，經(jīng)過三維有限元計(jì)算驗(yàn)證，既有地鐵高架站變形控制在2mm以內(nèi)，滿足北京市地鐵運(yùn)營(yíng)安全要求。采用本文所述的專項(xiàng)支護(hù)設(shè)計(jì)方案能夠有效控制鄰近處既有高架結(jié)構(gòu)的變形，此支護(hù)方案可為類似鄰近地鐵高架站或其他敏感建筑物的深基坑設(shè)計(jì)與施工提供參考及借鑒。