地下停車場支護及風險設計要點分析

楊易靈 （合肥市市政研究總院有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

隨著城鎮化快速發展，深層開挖技術和裝備的逐步完善，地下空間開發將逐步向深層發展。城市地下空間深層開發利用主要表現在三個方面：首先，城市軌道交通建設的快速發展帶動了城市地下空間資源的大規模開發利用；其次，“停車難”問題仍在不斷擴大，制約了城市中心區域的發展和城市化的進程[1～2]；最后，充分開發利用地下空間資源的防護潛能，提高城市綜合防災抗毀能力。

城市軌道交通與地塊銜接和一體化建設是最普遍的形式，一般兼具停車、連通或商業功能[3～4]。地下停車場基本不占用城市土地，使城市能留出更多的開敞空間用于綠化和美化，提高城市環境質量。且在防護上的優越性，通常大型地下停車庫會與人防設施結合起來。地下停車場也會有造價高，工期長，施工難度大等不足。老城區新建地下停車場周邊影響因素多，尤其是對軌道交通的影響更是不容忽視。本文以合肥市長江東路地下停車場為工程實例，探討停車場基坑支護[5]及停車場施工對周邊軌道的風險分析。

1 工程概況

本工程位于長江東路與東二環路交口東南象限，為地下二層停車場，總建筑面積8090m2，停車位188 個，其中地下電動汽車充電專用車位39 個，無障礙停車位4 個。停車場上部覆土1.5m，建成后地面為景觀公園。停車場周邊用地較為成熟，北側為長江東路（主干道），長江東路下分布著正在運營的軌道2 號線，地下停車場與軌道2 號線東七里站B 號出入口連接；西側為東二環路（快速路），東二環路下分布有在建軌道4 號線盾構區間；南側、東側為老舊小區。停車場位置如圖1 所示。停車場既能解決周邊配套停車問題，又兼換乘功能。

圖1 總平面圖

2 支護分析

本地庫支護結構按臨時構件考慮，設計使用年限12 個月。基坑側壁安全等級為一級，重要性系數1.1。地庫基坑變形控制保護等級為一級，地面最大沉降量≤0.15%H（H 為基坑深度），且≤30mm。支護結構最大水平位移≤0.15%H，且≤30mm。停車場支護分為4個部分，支護結構均采用鉆孔灌注樁+內支撐支護體系，采用明挖順作法施工。

停車場在勘察深度范圍內揭露的地基土均屬第四紀沉積物，主要由粘性土、粉性土、砂性土組成。場地地基巖土自上而下分別是①雜填土、②粘土、③粘土、④粉質粘土、⑤粉土夾粉砂、⑥細砂夾粉砂、⑦強風化泥質砂巖、⑧中風化泥質砂巖。場地地下水主要為賦存于①層雜填土中的上層滯水，地下水位變化主要受大氣降水、地面蒸發及地表徑流控制。承壓水主要賦存于⑤層粉土夾粉砂、⑥層細砂夾粉砂、基巖的風化裂隙、孔隙中，主要接受側向補給，以徑流等形式排泄，動態變化較小，具有弱承壓性，基巖裂隙水水量較小。①層雜填土成分復雜、結構松散，局部空隙率大，具有較強的滲透性。②、③層粘性土滲透性弱，為相對隔水層。在基坑開挖后，會有少量重力水滲出，對施工影響較小。深部的承壓水對基坑施工、樁基或錨桿施工影響較小。停車場抗浮設計主要考慮基坑外圍充水對地下室產生的上浮作用。經綜合分析，抗浮設計水位取室外設計地坪高程以下1.00m。

停車場用地受限，基坑異形，且深度不一，將停車場基坑分為兩期施工。一期施工中部負二層停車場，二期施工其余部分。一二期支撐布置詳見圖2～圖3所示。一期基坑深10.45m，圍護結構采用D800@1200 鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐+一道鋼支撐。混凝土支撐尺寸為800mm×800mm，鋼支撐采用Φ 609×16 鋼管撐。基坑四周設置角撐及斜撐，中部設置對撐，支撐中部設格構柱。第一道支撐位于冠梁上，第二道支撐處設置鋼圍檁，鋼圍檁采用雙榀工45c 工字鋼。鋼斜撐位置增加“抗剪墩”措施，中部鋼對撐施加軸力伺服系統，角部鋼支撐施加預應力。

圖2 支撐布置圖（一期）

圖3 支撐布置圖（二期）

基坑開挖分6 個工序，依次為①場地平整后由地面施工鉆孔灌注樁、臨時立柱；②開挖基坑至第一道混凝土支撐底，施工樁頂冠梁及擋墻，待冠梁達到強度后架設第一道鋼支撐并施加預應力；③開挖基坑至第二道鋼支撐底，架設第二道鋼支撐并施加預應力；④開挖至坑底，澆筑底板墊層、敷設防水層，施工底板、底梁及部分側墻；⑤分段拆除第二道支撐，施工側墻防水層、側墻、中板；⑥施工頂板及頂板防水層，待頂板達到強度要求時，分段拆除第一道支撐，分層分段回填頂板覆土。

通過計算，基坑樁身最大位移4.3mm，地表最大沉降11mm，均滿足變形控制保護等級為一級的控制要求，基坑整體穩定性、抗隆起穩定性、抗傾覆穩定性均滿足規范要求。

停車場二期由三部分組成。南側負二層基坑深10.45m，圍護結構采用D800@1200 鉆孔灌注樁+一道混凝土支撐+一道鋼支撐。北側連接軌道的連接通道基坑深7.15m，圍護結構采用D800@1200 鉆孔灌注樁+一道鋼支撐。北側坡道基坑深7.15m，圍護結構采用D600@900 鉆孔灌注樁+一道鋼支撐。施工工序同一期基坑。

通過計算，停車場南側負二層基坑樁身最大位移5.2mm，地表最大沉降13mm；北側連接通道基坑樁身最大位移1.3mm，地表最大沉降3mm；北側坡道基坑樁身最大位移6mm，地表最大沉降6mm。樁身最大位移及地表最大沉降均滿足變形控制保護等級，為一級的控制要求，基坑各項安全穩定性系數均滿足規范要求。

基坑施工前，應在四周設置護欄，在圍護結構、冠梁達到設計強度后，方可進行基坑開挖，地面超載不得大于20kPa。土方開挖的順序、方法必須與設計工況相一致，并遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖、及時支護”的原則。基坑開挖必須分段、分區、分層、對稱進行，不得超挖。應嚴格控制坑內縱坡坡率，并及時做好坡面防護，防止縱向滑坡事故。為了保證基坑安全，施工單位應制定基坑開挖應急方案，基坑開挖期間應配備必要的設備及材料，并配備一定數量的搶險人員。施工過程應加強施工監測，使基坑處于安全監控中。監測項目達到或超過監控預警值時，應適當加密監測次數，發現異常情況及時報警。

3 風險分析

根據《合肥市城市軌道交通管理辦法》及有關軌道交通嚴格控制區和影響控制區范圍的規定，結合地下停車場與軌道相對關系，對周邊風險源進行分析。經分析調查，停車場風險源包括軌道2號線出入口、4 號線區間。停車場施工對2號線、4號線結構安全的外部作業影響等級如表1所示。

停車場施工對軌道結構安全的外部作業影響等級表 表1

建立三維模型，分析停車場分部施工對軌道結構的影響規律。土體使用實體單元，采用修正摩爾庫倫模型；4 號線隧道管片、樁、出入口結構、車庫結構使用板單元，采用彈性模型；冠梁、圍檁、混凝土支撐和鋼支撐使用線單元，采用彈性模型。模型采用位移邊界作為邊界條件，除上表面為自由面外，其余各外表面均約束法線方向的位移。模型尺寸為120m×90m×23m（長×寬×高），三維模型示意如圖4所示。

圖4 模型示意圖

一期停車場施工分九個工況，依次為①一層開挖（開挖深度1m），施工停車場圍護樁、冠梁及第一道混凝土支撐；②二層開挖（開挖深度1m）；③三層開挖（開挖深度4.1m）；④四層開挖（開挖深度0.75m），施工鋼圍檁及第二道支撐；⑤五層開挖（開挖深度3.2m）；⑥施工停車場底板及負二層側墻結構；⑦拆除鋼圍檁及第二道支撐，施工負一層側墻及頂板；⑧回填頂板上部覆土；⑨拆除冠梁及第一道支撐，覆土回填至設計標高。

經計算分析，4 號線區間隧道位移與施工步序關系見圖5，2 號線出入口位移與施工步序關系見圖6。4 號線區間隧道最大水平位移出現在工況（7），位移為1.499mm；最大豎向位移出現在工況（6），位移為1.215mm。2 號線出入口最大水平位移和最大豎向位移均出現在工 況（6），位 移 分 別 為3.18mm 和2.324mm。2 號線出入口結構及4 號線區間隧道的位移都在限制值之內。

圖5 一期工程對4號線區間隧道右線影響水平、豎向位移圖

圖6 一期工程對2號線出入口影響水平、豎向位移圖

同理，分析二期北側連接通道施工對2 號線出入口的影響。二期北側連接通道為負一層通道，2 號線出入口頂底板及側墻未預留接駁條件。連接通道施工時需破除現有出入口部分頂底板及側墻，漏出鋼筋，進行焊接連接。為確保接駁施工時，現有出入口結構的安全，施工前需對出入口上部荷載進行卸載，即挖除出入口接駁位置上部覆土，在出入口內部設臨時型鋼立柱進行臨時支撐。連接通道基坑開挖完成后，鑿除接駁范圍內出入口圍護樁及側墻，原鋼筋保留，新增側墻鋼筋錨入后重新澆筑，鋼筋的錨固長度應滿足相關規范要求。在側墻開洞處施作框架梁、柱，并與連接結構連接整澆，完成對現有出入口的改造。二期北側連接通道對2 號線出入口影響位移圖，見圖7所示。

圖7 二期北側連接通道對2號線出入口影響水平、豎向位移圖

二期北側連接通道施工將引起地下2 號線出入口水平位移和沉降，最大水平位移為0.244mm，最大沉降量為0.132mm，在出入口結構變形容許值范圍內。

二期北側坡道（地下一層）、二期南側停車場（地下二層）對2、4 號線區間外部作業影響等級均為二級。經計算，二期北側坡道施工將引起軌道交通2 號線區間隧道水平位移和沉降，最大水平位移為 0.546mm，最大沉降量為0.101mm。二期南側停車場施工引起右線隧道的最大豎向位移為0.555mm，最大水平位移為2.030mm，均滿足區間隧道結構安全的要求。

在地下車庫施工過程中，通過軌道車站結構、區間結構監測數據的采集、分析、反饋，可及時掌握現狀車站結構的安全狀態，并對出現的問題及時處理。應實現信息化監測，及時、準確地測定各監測項目的變化量及變化速率，及時反饋獲取的監測信息，供設計、施工及有關工程技術人員決策使用。

4 結論及建議

停車場分兩期施工，采用鉆孔灌注樁+內支撐支護體系，明挖順作法施工，基坑各項安全穩定性系數均滿足規范要求。停車場施工對軌道2 號線出入口及4 號線區間隧道的影響進行模擬分析，水平和豎向位移均在軌道控制保護標準范圍內，對軌道影響風險基本可控，通過精細化施工能保證所在范圍的軌道交通結構的安全，滿足軌道結構安全的要求。

在施工前應制定詳細的施工組織方案，優化施工工序，制定基坑開挖應急方案，嚴格按照設計及施工方案進行施工作業。施工期間，對基坑及周邊4 號線區間結構、2 號線東七里站及其附屬結構等進行監測，認真貫徹落實監測預警等級制度，確保基坑和周邊建構筑物安全。項目施工完成后應繼續監測三個月，直到變形數據穩定。