浦東機場捷運系統基坑方案穩定性數值模擬分析

王保光

（1.上海機場（集團）有限公司建設開發公司，上海；2.上海機場建設指揮部，上海）

浦東機場捷運系統將形成總體布局如圖1 所示，東線和西線獨立運營，線路正線均為雙線，東線串聯T2 航站樓-S2 衛星廳-T3 航站樓（分別在T2、S2、T3設上下客站），西線串聯T1 航站樓-S1 衛星廳-T3 航站樓（分別在T1、S1、T3 設上下客站）[1-2]。

圖1 浦東機場旅客捷運系統示意圖

新建T3 航站區工程基坑平面布局如圖2 所示，主要包括空側捷運、北交通中心、軌交站廳、軌交站臺、南交通中心[3]。本文研究范圍為浦東機場空側捷運站及附屬業務用房基坑如圖2 中D 組團區域所示，基坑總面積約53 000 平米。

圖2 T3 航站區工程基坑分區平面示意圖

1 捷運系統基坑工程方案

1.1 分階段實施方案

新建T3 航站區工程時，需對紅線范圍內既有預留捷運車站部分結構、車輛基地拆除和改造（如圖1 所示），新建為捷運系統暗埋線路和T3 捷運車站，拆除、改造時，需保證現有捷運系統（即連接T1、T2 航站樓和衛星廳之間的旅客捷運系統）正常運行。因此，該區域基坑工程需采用二階段方式實施，如圖3 所示，一階段在既有捷運西側進行新建捷運基坑施工，共8 個分區基坑；二階段基坑共9 個分區基坑。

圖3 T3 航站區工程范圍捷運系統分階段實施示意圖

圖4 一階段圍護結構平面布置圖

圖5 二階段圍護結構平面布置圖

1.2 基坑支護方案

基坑工程安全等級和環境保護等級、變形控制標準分別如表1、表2 所示。

表1 安全等級和環境保護等級

表2 基坑變形控制標準

表3 基坑支護形式

2 典型剖面變形分析

為保障施工期間捷運正常運營，本文對保留原捷運施工部分新捷運、拆除原捷運施工剩余部分新捷運兩種工況，對典型剖面1-1、剖面2-2（如圖6 所示）采用巖土工程有限元分析軟件Plaxis 按平面應變連續介質有限元方法進行分析[4]。

圖6 捷運段計算剖面示意圖

J1-3 區基坑西側圍護墻采用型鋼水泥土攪拌墻，東側圍護墻采用TAD 工法，基坑北側、南側圍護墻分別利用J1-2 區、1-6 區地下連續墻。J2-4 區基坑東側普遍區域圍護墻采用型鋼水泥土攪拌墻，東側落深區域圍護墻采用地下連續墻，基坑內部高差支護采用灌注樁排樁結合超高壓噴射注漿（MJS 工法），北側臨時隔斷圍護墻利用J2-3 區地下連續墻，南側圍護墻利用2-2 區地下連續墻。J1-5 區基坑西側圍護墻采用型鋼水泥土攪拌墻，東側圍護墻采用型鋼水泥土攪拌墻、TAD 工法，基坑北側、南側臨時隔斷圍護墻采用灌注樁排樁結合三軸水泥土攪拌樁。J2-6 區東側及臨時隔斷區域地下連續墻墻厚800 mm，有效長度為44.2 m，受力段嵌入基底以下19～20.1 m。地下連續墻兩側設置φ850@600 三軸水泥土攪拌樁槽壁加固，有效長度22.11 m。地墻接縫處設置超高壓噴射注漿（RJP 工法）止水，有效長度21.8 m。

2.1 典型剖面1-1 模擬計算分析

數值模擬分析結果如表4 所示，在第一階段新建捷運車站基坑開挖工況完成時，由于基坑開挖卸載，西側工法樁圍護體及TAD 中隔墻變形分別為38.3 m、19.5 mm；既有捷運車站受緊貼的基坑開挖影響，水平及豎向變形量分別為9.9 mm、9.7 mm，變形量相對可控。

表4 剖面1-1 變形計算結果

在第二階段新建捷運車站基坑開挖工況完成時，由于東側緊貼基坑土體卸載，西側工法樁圍護體變形進一步增加到39.6 mm，而TAD 中隔墻變形則發生回彈而減小至16.1 mm，東側工法樁圍護體發生32.7 mm 變形，此階段對西側新建捷運車站產生0.6 mm 隆起。在第二階段新建捷運車站回筑完成時，由于支撐拆除、回筑結構層高較高，導致支撐體系水平剛度減小，相應TAD 中隔墻、東側工法樁圍護體及西側第一階段新建捷運車站的變形略有增加，但增量不超過0.7 mm。

2.2 典型剖面2-2 模擬計算分析

數值模擬分析結果如表5 所示，在第一階段新建捷運車站基坑開挖工況完成時，由于基坑開挖卸載，西側工法樁圍護體及TAD 中隔墻變形分別為39.8 mm、24.1 mm；既有捷運車站受緊貼的基坑開挖影響，水平及豎向變形量分別為8.5 mm、7.4 mm，變形量相對可控。

表5 剖面2-2 變形計算結果

在第二階段新建捷運車站基坑開挖工況完成時，由于東側緊貼基坑土體卸載且東側基坑挖深更深，故西側工法樁圍護體變形進一步增加到50.7 mm，而TAD 中隔墻變形則發生回彈減小至10.1 mm，東側工法樁圍護體發生33.2 mm 變形；此階段對西側新建捷運車站產生1.2 mm 隆起。在第二階段新建捷運車站回筑完成時，由于支撐拆除、回筑結構層高較高，導致東側第二階段新建捷運車站支撐體系水平剛度減小，因而西側工法樁圍護體變形減小至47.3 mm，而TAD 中隔墻、東側工法樁圍護體及西側第一階段新建捷運車站的變形略有增加，但增量僅分別為3.5 mm、6.5 mm和0.6 mm。

3 結論

針對既有空側捷運系統需保障正常運行的特殊條件，本文提出了分區、分階段實施T3 航站區工程范圍內新建空側捷運基坑方案，并對典型剖面1-1、2-2進行了數值模擬分析，結論如下：

（1） 在第一階段新建捷運車站基坑開挖工況下，其兩側圍護體變形顯著增加，對既有捷運車站變形影響控制在10 mm 以內，滿足變形控制要求。

（2） 在第二階段新建捷運車站基坑開挖工況下，由于土體卸載作用，兩側圍護體變形均有所增長，而中隔墻變形減小，對第一階段新建捷運車站變形影響僅1.2 mm。

（3） 在第二階段新建捷運車站回筑工況下，圍護體變形略有增長，且先淺后深的基坑剖面較兩側挖深相同的剖面圍護體變形增量更大。

基坑開挖、回填過程中圍護體最大變形以及對新建捷運車站變形影響均在安全可控范圍內，基坑圍護結構設計方案能滿足相關設計控制要求。