深基坑工程臨近既有地鐵車站結構施工的影響分析

蔡宗洋

（北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037）

1 引言

臨近既有地鐵車站結構基坑施工，土方開挖可能出現圍護結構變形及周邊環境沉降等，要充分考慮周邊環境復雜、圍護工程工作量大、地質條件差等困難，合理選擇開挖方式和支護結構，運用現代化先進技術，保證工程質量。

2 工程概況

2.1 項目概況

本工程位于杭州市上城區近江區塊，東側和北側緊鄰婺江家園住宅小區，南側為銀鼓路，西側為婺江路，項目基坑距離運營中的杭州地鐵1號線婺江路站風亭約2 m，距離婺江路站～近江站區間隧道約17.6 m。

2.2既有軌道交通概況

整個車站有車站主體、出入口及風道3部分組成，出入口5個，位于車站南北兩側，車站設有2座風道，分別位于車站兩端，風道采用雙層箱型結構。車站總長約259.6 m，總寬18.9 m，站臺有效長度為120 m，站臺寬度10.2 m。車站頂板覆土約5 m，底板埋深約18 m。

3 基坑圍護及開挖方案設計

3.1 圍護結構型式

本項目主基坑深度約14.5 m，附屬連通通道基坑深度約10~13 m。主基坑分為5個分坑，分別為分坑1~分坑5（見圖1）。圍護結構采用鉆孔灌注樁+地連墻結合內支撐方式，地連墻長為1 000 mm，主要分布于臨近地鐵側[1]。其余部分采用鉆孔灌注樁，樁徑1 000 mm，間距1 300 mm。附屬改造部分基坑分為3個分坑，分別為分坑6~分坑8。其中，分坑6和分坑7邊界部分借助既有軌道交通結構，其余部分采用鉆孔灌注樁加MJS注漿加固。

圖1 基坑分坑圖

基坑分坑開挖按順序：①分坑1和分坑2；②分坑3和分坑4；③分坑5；④分坑6；⑤分坑7；⑥分坑8。

3.2 內支撐

1）分坑1、3共有3道支撐，第一道支撐為混凝土支撐，第二道和第三道支撐為型鋼組合支撐；分坑2、分坑4、分坑5共設置4道支撐，第一道支撐為混凝土支撐，第2~4道支撐為鋼管支撐。分坑8設置共有2道支撐，均為混凝土支撐。

2）混凝土支撐采用C30，型鋼組合支撐采用H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼；橫梁采用H300 mm×300 mm×10 mm×15 mm型鋼；圍檁采用H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm型鋼，并配合軸力伺服系統使用。鋼管支撐直徑為800 mm，厚度為16 mm。

3）施工前須對鋼構件的完整程度和力學性能進行檢查和檢測；支撐應分組安裝，預應力應分級施加，依次為總預應力的20%、50%和30%，施加過程中應結合監測和巡查結果進行信息化施工；土方開挖范圍內的支撐受力路徑應閉合[2，3]。加壓系統采用軸力自動補償伺服系統。

4 基坑三維模型計算分析

4.1 模型說明

本文主要采用大型通用有限元分析軟件PLAXIS 3D進行三維數值模擬，分析基坑開挖過程對涉鐵設施結構的影響。

綜合考慮基坑施工的影響范圍和影響對象，計算模型的平面尺寸為210 m（X方向，或東西向）×200 m（Y方向，或南北向），計算模型中深度（Z方向，向上為正，負值代表沉降）取60 m（見圖2）。

圖2 模型網格及尺寸圖

4.2 模型結果

選定5個主要不利工況，主要變形情況匯總見表1。

表1 變形情況匯總

5 結果分析

5.1 基坑監測情況

5.1.1 土體測斜

根據以上深層水平位移監測數據可以發現，CX1測點的位移值最大，其他測點數據相對較小。分析CX1測點數據可以發現，在2021年12月24日土體最大水平位移為22.93 mm，此階段對應分坑1在進行拆撐工序，之后隨著地下室側墻及中板的澆筑，變形趨勢減小，變形數據逐漸穩定，截至2022年1月21日，同深度位置處的土體變形最大值減小為20.77 mm，目前已基本完成分坑1的回筑工況，基坑支護體系處于穩定狀態。

5.1.2 地表沉降

截至2022年1月24日，地表沉降的最大值為8.49 mm，發生位置為CJ2。由分坑1和分坑2的運土路線可以發現，CJ1和CJ2位于兩個分坑的運土線路附近，分析其原因為受重型運土車的碾壓所致。其他測點大部分處于5 mm左右，整體處于穩定狀態。

5.2 軌道交通監測情況

基坑土方開挖至2022年1月25日，上行線結構的水平位移及相應的水平收斂值變形稍大。圍護樁施工階段影響較小，水平位移最大值在2 mm以內。隨著基坑土方的開挖，變形的斜率增大，且隨著基坑向下的施工，變形量也越大，說明土體卸載造成既有線發生向基坑一側位移的累積效應相對較為明顯。在2021年11月17日，分坑1及分坑2開挖到底，土方開挖停止；隨著基坑內墊層及地下室底板的施作，既有線的水平位移雖仍然是累積增加的趨勢，但增大的幅度變小并逐步穩定，截至2022年1月25日，最大水平位移為7.0 mm，對應的斷面點號為SSP35（18）。除水平位移外，上行線結構的水平位移及相應的水平收斂變形值也有類似的變化趨勢，但變形量絕對值相對較小，最大值在3~4 mm，影響較小。

由出入口的沉降變形時程可以看出，主要變形突變有兩個，一個發生在2021年9月21日，即分坑1完成第一道混凝土支撐，開始進行第二次開挖的時刻。在此之前，出入口的沉降變形最大值在2 mm左右，隨著分坑1開挖土方量的加大，變形斜率明顯加大，一直到2021年10月15日，分坑1開始施作了第三道支撐，出入口的沉降變形加大趨勢得到了緩解，此時最大值約為4 mm。分析其原因可知，在第一道支撐施工時，土體的卸載量較小，但從第一道支撐～第三道支撐間的豎向距離較大，土體卸載量也要大很多，因此造成此階段的變形量增加較快。

第二個突變發生在2021年11月2號，即分坑1由第三道支撐位置開挖到底的過程。此階段基坑東側發生了滲漏水，現場進行堵漏施工工期長達21 d，基坑長時間處于擱置狀態下，發生較大蠕變。分析數據可以看出，滲漏水期間出入口的結構變形斜率較大，造成的不利影響也更突出。

隨著堵漏工序完成，分坑1開挖到底及后續底板的及時施作，出入口的變形得到了一定程度的控制，雖然后續回筑過程中，隨著拆撐的工況，沉降變形有一定的起伏，但總體的變形速率相對穩定，截至2022年1月25日，分坑1已基本完成回筑過程，最大沉降值為7.1 mm。

6 后續基坑施工建議

結合基坑圍護方案具體的施工工況要求，通過理論和監測數據分析、三維有限元數值分析，進行了各個階段的施工工況等對地鐵結構變形的分析和計算。分析結果表明采用本工程基坑圍護方案，并結合施工分塊、控制施工時間等措施，在圍護結構（圍護樁、止水帷幕等）施工質量可靠的前提下，適時調整既有軌道交通結構的變形控制值，優化部分施工措施，地鐵結構的變形可滿足基坑施工的要求。

盡管如此，考慮到基坑施工過程中的風險因素，圍護結構的可靠性和實際施工應遵循“分層、限時”的基坑施工原則，盡可能減少地鐵結構保護的風險。為此，提出以下3點建議：

1）為防止再次發生滲漏水情況，開挖前現場應加強止水帷幕、地連墻、排樁等圍護結構的施工質量檢驗，對存在質量問題的區域及時采取加固、補樁等措施，確保止水效果達到設計要求[4]。特別是對于地連墻與圍護樁相接位置，應重點關注，發現圍護缺陷處必須進行補強后方可開挖。

2）施工過程加強地下水位的監測和現場巡視工作，便于及時發現地下水位變化較大或有滲漏點的情況，進而及時采取應急措施，避免不利影響進一步擴大。

3）基坑各階段挖土施工必須遵循“分層開挖、嚴禁超挖”的原則。每層厚度不宜大于1.5 m，每段開挖寬度不宜超過20 m為最低要求，現場根據既有線監測的實時數據，必要時應進一步減少每次的開挖高度。不得隨意開挖或超深開挖，嚴格控制每次開挖的土方卸載量。

7 結語

深基坑施工期間對既有建筑物的變形影響總體可控，但應重點關注與在建深基坑相鄰處。在設計方案中，地塊基坑支護設計應充分考慮地鐵保護加強措施，在保證支護剛度足夠、分步開挖距離合理的情況下，對控制支護結構水平變形和周邊地表沉降十分有利，同時應重點關注拆撐工況，必要時對基坑加設支撐以保證安全。