鄰近地鐵高架車站深基坑支護專項設計方案研究

尉婧明

北京城建設計發展集團股份有限公司 北京 100037

隨著北京地鐵線網的不斷發展，建設工程基坑鄰近在運營地鐵的項目逐漸增多。鄰近運營地鐵深基坑開挖會對地鐵結構產生變形影響，深基坑的支護設計必須滿足地鐵結構變形控制要求。地鐵高架車站由于結構特殊性，限制了所鄰近深基坑支護手段的選擇，本文依托北京某深基坑鄰近地鐵亦莊線高架車站項目，采用分兩期開挖，設置鋼格構+內支撐的方式控制鄰近側地鐵結構的變形。通過有限元數值分析手段，分析基坑開挖影響既有結構的變形情況，驗證了支護方案的可行性。

1 工程概況

新建建設項目位于北京市亦莊區，項目基坑平面尺寸約121m×81m，基坑最大開挖深度15.10m。基坑東北側為地鐵亦莊線萬源街高架車站，新建基坑與既有車站承臺平面凈距約12.38m。

圖1 新建區間與既有地鐵位置關系總平面

既有地鐵車站主體結構總長為120m，標準段寬22m，為兩層三跨框架結構，橋建組合式結構體系，車站主體結構采用現澆+預制吊裝的施工方法。基礎采用鉆孔灌注樁加承臺，樁徑800mm，樁長為21.2～24.9m，橋樁凈距為4.8～7.2m。場區地層自上而下分別為雜填土、粘質粉土、粉質粘土、細砂、圓礫層，場區穩定潛水水位埋深為22.20m，基底位于地下水位以上。

2 基坑支護方案對比選擇

結合地鐵保護要求，基坑支護方案選擇對比如下。

表1 基坑支護方案對比

3 基坑支護方案專項設計

深基坑采用兩期開挖方式，設置鋼格構+內支撐方式進行支護，施工過程中先打設鄰近地鐵側圍護樁，施作西半部分的主體結構，東半部分預留土臺，待已施作結構主體達到設計強度后，隨挖隨撐施作東半部分基坑和主體結構。

圖2 深基坑一期支護剖面圖

圖3 深基坑二期支護剖面圖

二期基坑豎向設置3道鋼支撐，直徑609mm，壁厚16mm。第一道鋼支撐軸力標準值937.13kN，第二道鋼支撐軸力標準值1876.43kN，第三道鋼支撐軸力標準值1818.20kN。

在兩期開挖分界處的地下室每層樓板對應標高處各設置一道900mm×800mm混凝土腰梁，沿腰梁縱向每8米設置一根鋼格構臨時立柱，立柱基礎樁采用800mm@8000mm鉆孔灌注樁。

4 數值模擬分析驗證

4.1 土體材料參數

本構模型采用D-P彈塑性模型，參數如表2所列。

表2 土體單元參數表

4.2 模型建立

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

圖4 計算模型二期施工示意圖

4.3 預測分析

既有高架車站豎向預測位移整體表現為下沉，一期基坑施工完成，既有地鐵結構累計最大沉降為0.449mm，累計橫向位移0.383mm；二期基坑完成拆換撐工況后，既有地鐵結構累計最大沉降為1.160mm，累計橫向位移0.892mm，相鄰墩臺最大差異沉降為0.72mm。拆換撐階段既有結構變形達到最大值，最大沉降變形部位為緊鄰基坑位置承臺處，最大橫向位移部位為緊鄰基坑位置墩頂處。

圖5 既有區間結構預測變形結果（mm）

圖6 既有高架橋墩臺沉降分布曲線（mm）

5 結論與建議

鄰近地鐵高架站深基坑采用分兩期施工，設置鋼格構+內支撐方式進行支護，經過三維有限元計算驗證，既有地鐵高架站變形控制在2mm以內，滿足北京市地鐵運營安全要求。采用本文所述的專項支護設計方案能夠有效控制鄰近處既有高架結構的變形，此支護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計與施工提供參考及借鑒。