既有地鐵站臺隧道間新建深基坑施工影響分析

劉慶林，鐘翠華

(中水珠江規劃勘測設計有限公司，廣東 廣州510635）

地鐵車站建設往往需要進行大量拆遷，當拆遷進度滯后時，為保證全線開通，局部站點需“飛站”處理，僅先期實施站臺隧道部分以確保軌通，后續地鐵站廳等附屬結構待拆遷完成再實施，但后續站廳實施需緊鄰既有運營線路，需探索一種合適的開挖支護方法，確保地鐵建設和運營的安全。

目前鄰近運營地鐵線路的基坑開挖采用的支護形式主要為圍護墻（樁）+內支撐[1～2]。本文以實際工程為例，綜合地質情況和既有線現狀條件，采用吊腳樁的支護形式，確保既有地鐵線路的運營安全。

1 工程概況

廣州地鐵某車站為6 號線與11 號線換乘站，其中6 號線由于拆遷問題，僅實施暗挖站臺隧道及附屬風亭，處于“飛站”運營狀態，11 號線實施期間需將6 號線站臺隧道與上部新建明挖站廳連通。

既有6號線暗挖站臺為分離島式站臺。復合型襯砌隧道標準斷面寬約9.69 m、高約10 m；二襯厚度0.6 m，初支厚度0.3 m，側向設置?22 mm 砂漿錨桿，長3.5 m；拱頂覆土厚度約20 m；左右線隧道凈距約13.44 m。

新建11號線明挖站廳基坑深約10.3 m，跨坐于既有6 號線站臺隧道上方，站廳與6 號線隧道通過在左右線站臺隧道間設置的一矩形明挖基坑連通。基坑寬約8.4 m、長約56 m，與既有6 線站臺隧道水平凈距約2.1。見圖1。

圖1 車站總平面

2 設計方案

2.1 既有線保護

新建基坑地層從上至下依次為<1>填土、<3-1>粉細砂、<3-2>中粗砂、<4-2B>淤泥質土、<4N-1><4N-2>粉質黏土、<5N-1><5N-2>殘積土、<6>全分化層、<7-3>強分化泥質粉砂巖、<8-3>中風化泥質粉砂巖、<9-3>微風化泥質粉砂巖，基坑底部主要位于微風化地層。

由于新建基坑緊鄰6 號線站臺隧道，為保證地鐵安全運營，基坑施工期間務必嚴格控制既有線結構變形。考慮既有站臺隧道側墻已實施砂漿錨桿，為減小新建基坑圍護樁成樁對既有線錨桿及隧道的影響，采用吊腳樁的圍護結構。基坑上部分采用咬合樁+內支撐，咬合樁樁徑0.8 m，樁間咬合0.2 m，從上至下共設置5 道混凝土支撐；下部錨噴初支厚度0.5 m，邊墻設置砂漿錨桿+格柵鋼架聯合支護，開挖過程中可將既有6 號線外露錨桿與基坑鋼架焊接，增強結構的整體穩定性，開挖過程中為控制錨噴支護段基坑開挖卸載對既有線的不利影響，考慮縱向分段跳倉施工。

2.2 基坑施工工序

1）基坑圍護樁施工前，為確保既有線運營安全，既有站臺隧道中間橫通道施工鋼筋混凝土墻進行封堵，從而使基坑與既有運營站臺間物理分隔。

2）待圍護樁施工完畢后，由于上部咬合樁+內支撐段位于既有線隧道上方，此部分按照常規明挖順做法分層分步開挖并進行內支撐施工。

3）待基坑施工至錨噴支護段，分Ⅰ、Ⅱ序共6個倉室跳倉開挖，先期實施Ⅰ序倉室，待開挖回筑完成后再施工Ⅱ序倉室，最后分層拆撐并回筑主體結構至設計標高。見圖2。

圖2 錨噴段分倉開挖平面

3 有限元數值分析

3.1 有限元模型

為分析錨噴段施工對既有線的影響，采用Midas有限元軟件建立三維模型。

基坑長56.8 m、深30.8 m，既有6 號線站臺隧道長96.4 m，計算模型沿長度方向取200 m、寬度方向160 m、深度方向取45 m。由于改造基坑與既有站臺隧道沿縱向均勻分布，為簡化既有站臺隧道建模工作量，站臺隧道按照最大斷面沿模型縱向通長設置。模型中圍護樁等效為連續墻體并采用板單元模擬，錨噴初支及既有站臺隧道襯砌采用板單元模擬，混凝土支撐、腰梁、冠梁采用梁單元模擬，巖土采用各向同性3D單元模擬。見圖3。

圖3 數值模擬計算模型

巖土模型采用摩爾-庫倫本構模型，基坑圍護結構及既有線結構采用線彈性本構模型。見表1。

表1 巖土參數建議值

3.2 計算結果

由于采用吊腳樁支護[3]，基坑施工對既有6 號線站臺隧道影響最大的工序為錨噴支護段施工，本次計算分析模擬施工過程，錨噴支護段按照豎向支護0.5 m 一榀逐步向下開挖，分析不同階段對既有6 號線暗挖站臺隧道的影響。見表2。

表2 既有站臺隧道水平變形 mm

根據DBJ/T 15-120—2017《城市軌道交通既有結構保護技術規范》及《廣州市城市軌道交通結構安全保護技術標準及規定》等相關規范，城市軌道交通既有結構安全控制值：隧道水平位移＜15 mm，隧道豎向位移＜15 mm，因此本基坑支護方案滿足既有6 號線變形控制要求。

4 施工監測

基坑施工前在既有6號線站臺隧道內布設自動化監測斷面并取得初始值[4]，施工過程中對既有6 號線進行24 h自動化監測。從圍護樁施工到基坑開挖至6號線站臺隧道頂標高，站臺隧道變形很小，當基坑進入錨噴段開挖后，站臺隧道變形速率增加，開挖至基底時（第156 d），站臺隧道水平變形基本達到最大值2.7 mm，后續主體結構回筑施工，站臺隧道變形基本上不再增長，整個施工過程中監測數據穩定可控，未出現預警狀況。見圖4。

圖4 現場監測成果

5 結論與建議

1）由于巖土參數取值存在差異性，數值模擬計算結果相對偏大，但總體變形趨勢基本上一致，即上部圍護樁段開挖施工對既有站臺變形基本上無影響，待基坑開挖至既有線隧道洞身高度范圍內，既有6 號線隧變形明顯增加，直至開挖至基底標高。

2）跳倉施工，充分利用倉室間巖土或基坑主體結構對既有線的約束作用，結合監測手段，確保既有線變形處于安全可控范圍內。

3）針對周邊環境復雜建構筑物場地條件，在水文地質條件允許的情況下，通過優化基坑支護設計方案，巧妙地運用跳倉開挖方法，同時結合現場監測手段，對實施方案進行動態管控和優化，做到信息化施工，能有效控制基坑開挖過程中既有線的變形。

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