近距離施工對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響分析

蘇帆

（重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 401122）

1 原項(xiàng)目概況

某地鐵車站風(fēng)亭結(jié)構(gòu)為地下明挖結(jié)構(gòu)，地下一層框架結(jié)構(gòu)，外車站外掛結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)頂板覆土厚度不大于4m，結(jié)構(gòu)以中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖或砂巖為持力層，結(jié)構(gòu)底板、頂板厚度為0.7mm，側(cè)墻厚度均為0.6m，結(jié)構(gòu)均為C40防水鋼筋混凝土。

2 新建項(xiàng)目概況

擬建項(xiàng)目為地鐵車站出入口，為垂直電梯出入口，該出入口從擬建車站-1F站廳層接出，通過豎井電梯形式出地面。其中通道部分采用直墻拱暗挖隧道結(jié)構(gòu)斷面，通道標(biāo)準(zhǔn)段凈寬6.5m。電梯井采用放坡開挖+豎井垂直開挖及支護(hù)形式，在標(biāo)高254m以上采用放坡開挖，254m至坑底采用垂直開挖，初期支護(hù)采用錨桿+鋼格柵+掛網(wǎng)噴射混凝土。該豎井結(jié)構(gòu)基坑開挖后，導(dǎo)致既有環(huán)線消防水池為偏壓受力狀態(tài)。出入口結(jié)構(gòu)采用C40防水鋼筋混凝土。

3 位置關(guān)系介紹

擬建出入口與既有風(fēng)亭間最小平面距離約2.804m，該風(fēng)亭范圍內(nèi)，出入口采用直接開挖，出入口基坑底標(biāo)高為252.141m，風(fēng)亭結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高為246.342m，因此，該基坑開挖，既有風(fēng)亭結(jié)構(gòu)為偏壓狀態(tài)，開挖后風(fēng)亭結(jié)構(gòu)嵌入巖層約4.349m（集水井處為5.8m），形成約3.071的偏壓（出地面井口處約7.2m），建設(shè)完成后按原狀地面進(jìn)行恢復(fù)。出入口下層為暗挖隧道，結(jié)構(gòu)與既有風(fēng)亭最小凈距為23.211m。

4 計(jì)算分析

根據(jù)圖1可知，擬建軌道出入口基坑開挖，將使得既有風(fēng)亭結(jié)構(gòu)形成約3.071懸臂結(jié)構(gòu)。該風(fēng)亭為地下明挖結(jié)構(gòu)，原建設(shè)時(shí)基坑采用樁+撐支護(hù)，選擇如下計(jì)算簡(jiǎn)圖：

圖1 擬建軌道結(jié)構(gòu)與已建軌道結(jié)構(gòu)位置關(guān)系剖面圖

擬建出入口位于既有風(fēng)亭側(cè)下方，凈距約23m，且采用礦山非爆破開挖，且結(jié)構(gòu)位于中風(fēng)化巖層中，因此，對(duì)既有2號(hào)風(fēng)亭變形影響較小，本次模型中不考慮出入口暗挖段。

根據(jù)建設(shè)時(shí)序，本次主要計(jì)算步驟如下：

第一步：初始應(yīng)力計(jì)算，位移清零；

第二步：7號(hào)出入口明挖基坑開挖，應(yīng)力、位移計(jì)算；

第三步：7號(hào)出入口主體結(jié)構(gòu)建設(shè)，應(yīng)力、位移計(jì)算；

第四步：明挖基坑回填，應(yīng)力、位移計(jì)算。

計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 初始應(yīng)力計(jì)算模型

由計(jì)算結(jié)果可知，在項(xiàng)目施工過程中，最大的豎向、橫向變形均位于出入口基坑開挖邊坡坡面上，這是由于邊坡穩(wěn)定而至。在回填步，最大豎向變形位于出入口結(jié)構(gòu)跨中與填土交界處，主要原因?yàn)樘钔磷冃螀?shù)較小。

圖3為各計(jì)算步驟風(fēng)亭結(jié)構(gòu)變形云圖，下表為各計(jì)算步驟最大變形統(tǒng)計(jì)。由計(jì)算結(jié)果可知，最大變形均位于臨近基坑開挖側(cè)結(jié)構(gòu)側(cè)墻位置，且豎向變形在基坑開挖時(shí)最大為2.75mm，后續(xù)隨著結(jié)構(gòu)建設(shè)及回填使得地層重新施加壓力，致使既有結(jié)構(gòu)豎向變形減小。最大橫向變形位于施作結(jié)構(gòu)階段，因結(jié)構(gòu)側(cè)向加壓使得橫向變形增大，但隨著上部土體回填使得橫向變形減小。在整個(gè)出入口實(shí)施中，既有軌道結(jié)構(gòu)變形均很小。

圖3

表1 各計(jì)算主要步驟既有風(fēng)亭結(jié)構(gòu)變形統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語

綜上所述，擬建地鐵出入口明挖段基坑開挖使得既有地鐵風(fēng)亭結(jié)構(gòu)臨時(shí)為偏壓受力狀態(tài)，且基坑開挖邊線距離風(fēng)亭結(jié)構(gòu)水平距離為0m，對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)工況下對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力驗(yàn)算及變形計(jì)算，得出以下結(jié)論：

（1）在偏壓受力狀態(tài)下，既有風(fēng)亭結(jié)構(gòu)承載力及裂縫寬度仍滿足規(guī)范要求。后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)完成按原狀地面進(jìn)行恢復(fù)，風(fēng)亭結(jié)構(gòu)上荷載與原設(shè)計(jì)相比無變化，可認(rèn)為建設(shè)完成時(shí)其承載力及裂縫寬度滿足原設(shè)計(jì)要求。

（2）在出入口建設(shè)及建成整個(gè)工況中，對(duì)其進(jìn)行二維數(shù)值分析，計(jì)算出其風(fēng)亭結(jié)構(gòu)最大變形均位于臨近基坑開挖處側(cè)墻，變形量均很小，且小于10mm，擬建軌道出入口建設(shè)不影響既有風(fēng)亭正常使用。

（3）由于出入口基坑開挖距離風(fēng)亭很近，在開挖時(shí)，注意對(duì)原結(jié)構(gòu)防水層保護(hù)。