某緊鄰地鐵項(xiàng)目深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與地鐵安全評(píng)估

梁笑寒

近年來(lái)，城市軌道交通（地鐵）發(fā)展迅速，依附于地鐵的建筑備受青睞，城市核心地段緊鄰地鐵的項(xiàng)目屢見不鮮，出于對(duì)軌道交通保護(hù)及節(jié)約成本需要，對(duì)緊鄰地鐵深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、原則以及地鐵安全評(píng)估進(jìn)行研究總結(jié)十分必要，本文結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行論述。

一、項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于廣東珠三角區(qū)域，總建筑面積約30萬(wàn)m2，主要業(yè)態(tài)為城市高端住宅及附屬商業(yè)，建筑物與已有地鐵聯(lián)系緊密，地下室與地鐵車站內(nèi)部連通。本項(xiàng)目所處場(chǎng)地存在深厚淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層，基坑西側(cè)及北側(cè)為已有建筑物，東側(cè)為空地，南側(cè)緊鄰已建地鐵車站及地鐵區(qū)間隧道，位于地鐵特殊保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，且周邊50m內(nèi)有河涌，地下水較為豐富。基坑周長(zhǎng)約1000m，面積約30000m2，開挖深度約6～10m。

二、基坑支護(hù)方案

1.特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目基坑有如下特點(diǎn)：（1）影響因素復(fù)雜；（2）位移等控制嚴(yán)格；（3）設(shè)計(jì)考慮因素多；（4）工程造價(jià)高；（5）施工組織要求高。重點(diǎn)要考慮基坑安全性及對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的保護(hù)，在此前提下盡量經(jīng)濟(jì)。基于以上特點(diǎn)，基坑設(shè)計(jì)遵循如下原則：

（1）位移等控制嚴(yán)格，鄰近地鐵側(cè)的基坑位移值控制在常規(guī)項(xiàng)目允許值的1/2 左右，以滿足地鐵安全評(píng)估要求；

（2）地鐵30m內(nèi)采用整體剛度較大的地連墻等支護(hù)體系；

（3）止水盡量采用可靠性高的三軸攪拌樁等形式；

（4）考慮內(nèi)支撐傳力連續(xù)可靠性及拆撐時(shí)各種不利工況；

（5）摸清地鐵車站及車站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、隧道之間的關(guān)系，爭(zhēng)取利用已有支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，減少非必要新建支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)臨近地鐵造成不利影響并可節(jié)約成本及工期。

2.設(shè)計(jì)方案

基于以上特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則，本基坑采用灌注樁/地連墻+內(nèi)支撐+局部坑內(nèi)滿堂加固（靠近隧道區(qū)域）+大直徑（800）三軸攪拌樁止水方案，其中靠近地鐵車站范圍利用已有地鐵車站基坑支護(hù)的地連墻，詳見圖1。基坑南側(cè)環(huán)境等級(jí)為一級(jí)、支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)；其余環(huán)境等級(jí)為二級(jí)、支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為二年。

圖1 基坑支護(hù)選型示意圖

計(jì)算結(jié)果表明在開挖及拆撐過(guò)程中基坑均處于安全狀態(tài)，位移均在規(guī)范按要求的30mm限值之內(nèi)，其中靠近地鐵車站及區(qū)間隧道最大位移約12mm，遠(yuǎn)離地鐵車站及區(qū)間隧道的支護(hù)最大位移約30mm，基坑各方面均滿足要求。

三、安全評(píng)估

緊鄰地鐵深基坑除滿足自身安全外，尚應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)地鐵安全評(píng)估，確保地鐵結(jié)構(gòu)在深基坑實(shí)施的各個(gè)階段均處于安全及正常運(yùn)行狀態(tài)。

1.安評(píng)內(nèi)容及參數(shù)確定

安全評(píng)估分析應(yīng)論證充分、準(zhǔn)確全面。重點(diǎn)進(jìn)行三維模型下各種可能工況下既有地鐵結(jié)構(gòu)的位移、沉降、內(nèi)力、裂縫等分析，并結(jié)合實(shí)際科學(xué)合理確定位移等參數(shù)。一般位移控制應(yīng)結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求、區(qū)域企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)內(nèi)專家意見、既有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地鐵所處階段、類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)狀踏勘情況以及地鐵保護(hù)部門的要求等綜合考慮。本項(xiàng)目的安全控制指標(biāo)如表1。

表1 地鐵結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)表

2.安評(píng)結(jié)果

（1）基坑設(shè)計(jì)結(jié)果可靠性分析

為驗(yàn)證基坑設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性，選取典型剖面進(jìn)行安全評(píng)估佐證，結(jié)果表明兩者計(jì)算結(jié)果吻合，位移、彎矩及剪力等差異均在12%以內(nèi)，證明結(jié)果可信。

（2）深基坑三維有限元模擬

在評(píng)估基坑施工對(duì)地鐵車站及隧道影響之前，需先對(duì)基坑自身施工過(guò)程中安全性進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估分析表明TxTyTy向最大位移分別為19.2/22.0/4.8mm，均小于一級(jí)基坑位移控制值30mm。

（3）既有車站及隧道模擬

經(jīng)三維有限元分析知，隨著基坑開挖地鐵車站結(jié)構(gòu)位移值逐漸增大，主要變形趨勢(shì)表現(xiàn)為水平向朝向基坑側(cè)產(chǎn)生變形、豎向產(chǎn)生向上隆起變形，最大值為5.79mm，均小于控制值10mm；區(qū)間隧道水平位移趨勢(shì)為朝向基坑內(nèi)側(cè)、豎向位移趨勢(shì)為隆起趨勢(shì)，整個(gè)基坑開挖過(guò)程中地鐵區(qū)間隧道累計(jì)最大水平位移為3.83mm＜控制值8mm,累計(jì)最大豎向位移為1.25mm＜控制值9mm，均滿足要求。

同時(shí)，內(nèi)力分析表明：區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)在基坑開挖過(guò)程中軸力呈減小的趨勢(shì)，彎矩呈增大趨勢(shì)，開挖至基坑底時(shí)彎矩達(dá)到最大，拆撐后彎矩明顯降低，而軸力增加，均滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

因此，在基坑開挖作業(yè)過(guò)程中地鐵車站及區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)處于安全可控范圍內(nèi)。

（4）地下水變化分析

當(dāng)基坑出現(xiàn)降水以及漏水時(shí)，水位下降會(huì)導(dǎo)致作用于盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)外壁的有效土壓力增加，從而影響盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的受力，通過(guò)建立隧道模型分別針對(duì)不同水位變化進(jìn)行分析。

分析結(jié)果表明：隨水位下降，軸力峰值減小，剪力及彎矩峰值增大。結(jié)合隧道管片截面及配筋等，考慮到地層水位下降對(duì)地鐵盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)隧道的內(nèi)力影響，在基坑開挖施工過(guò)程中當(dāng)周邊地下水位下降幅度超過(guò)2.0m時(shí)應(yīng)立即采取應(yīng)急措施。

（5）隧道軌面橫向高差分析

經(jīng)計(jì)算本項(xiàng)目隧道變形曲率半徑為250000m，參考劉庭金《地鐵盾構(gòu)隧道彎矩和變形控制值研究》論文研究成果：當(dāng)盾構(gòu)隧道縱向變形曲率的半徑大于15000m時(shí),環(huán)縫張開量和螺栓應(yīng)力均處于較低水平，地鐵隧道處于安全狀態(tài)。

本項(xiàng)目隧道已經(jīng)鋪軌，經(jīng)計(jì)算隧道軌道面橫向高差為0.06mm，小于2mm的控制要求,故高差滿足運(yùn)營(yíng)要求。

四、結(jié)論及建議

因地鐵保護(hù)的需要，緊鄰地鐵的深基坑設(shè)計(jì)難度大、考慮因素多、工程造價(jià)高、地鐵安全性評(píng)估至關(guān)重要等，小結(jié)如下：

（1）緊鄰地鐵深基坑應(yīng)采用剛度較大的支護(hù)體系，比如地連墻。位移等控制值嚴(yán)格，建議緊鄰地鐵范圍位移控制在常規(guī)項(xiàng)目允許值的1/2左右，以滿足地鐵安全評(píng)估要求。

（2）摸清擬建基坑與地鐵支護(hù)結(jié)構(gòu)、隧道等之間關(guān)系，在允許的情況下，爭(zhēng)取利用已有結(jié)構(gòu)，減少新建支護(hù)結(jié)構(gòu)施工對(duì)地鐵造成不利影響并可節(jié)約成本及工期。

（3）基坑設(shè)計(jì)及開挖應(yīng)滿足地鐵安全及運(yùn)行需要，須進(jìn)行地鐵安全性評(píng)估，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力、變形差等進(jìn)行分析，并嚴(yán)格控制地下水位變化范圍。

（4）基坑實(shí)施期間應(yīng)根據(jù)基坑設(shè)計(jì)要求及地鐵安全評(píng)估建議，制定科學(xué)合理的應(yīng)急預(yù)案。