鄰近既有軌道交通的商業廣場基坑設計與施工

李欣

臨近既有軌道交通的超大深基坑施工時，除保障基坑自身安全外，同時應重點控制深基坑施工過程中坑外土體的變形，確保地鐵車站的安全。本文以鄭州新田城商業下沉廣場臨近既有軌道交通洞林湖站深基坑的設計與施工工程為例，圍繞如何保證地鐵的正常安全和深基坑施工安全，對鄰近既有軌道交通的深基坑設計和施工工作進行探討。目前，新田城商業下沉廣場已施工完成，本文的成果對臨近既有軌道交通的深基坑設計和施工、保證地鐵結構安全等方面具有一定的指導意義。

隨著城市地下軌道交通工程的發展，臨近既有城市軌道交通的工程越來越多。新建商業廣場的基坑工程，會引起臨近既有地鐵車站結構發生變形，因此，需要對類似工程進行深入研究。臨近既有城市軌道交通的基坑設計與施工，要充分考慮周邊環境復雜、地質條件等因素，合理選擇支護結構、開挖方式。要制定嚴密合理的監測方案，做到動態評估、及時反饋。通過科學的設計和合理的施工，保證工程質量。

一、工程概況

1. 新建新田城商業下沉廣場概況

新田城商業廣場位于滎陽市濱湖東路與奧萊大道交叉口東北側，項目周邊規劃主要為商業及住宅用地，東、西兩側分別為首創奧特萊斯、碧桂園商業區，均已建成，南側為鄭州市軌道交通6號線洞林湖站。商業廣場3#樓地塊與洞林湖車站之間規劃為下沉廣場。

2. 既有鄭州6號線洞林湖站概況

鄭州市軌道交通6號線洞林湖站位于滎陽市賈峪鎮，車站總長為237m。車站為11m寬島式站臺車站，主體標準段結構為地下兩層單柱兩跨結構，車站主體局部為地下兩層雙柱三跨結構。頂板覆土厚2.8～3.5m，車站標準段底板底平均埋深約1 8 m，斷面寬度為20.1m，覆土約為3.5m，盾構井段底板平均埋深約為18.3m，斷面寬度為24.0m，覆土最厚處約為3.2m。

3. 新建新田城商業下沉廣場與既有6號線洞林湖站相互關系

新田城商業廣場南鄰軌道交通6號線洞林湖站，商業廣場3#樓地塊與洞林湖車站之間設計為下沉廣場，下沉廣場擬與洞林湖站4號出入口連通，鄰近1號風亭組。洞林湖站的4號出入口接入商業廣場地下一層商業區，連接通道的西側，設置與下沉廣場連通門，位置關系平面圖見圖1。

圖1 新建商業廣場與洞林湖站位置關系平面圖

二、保護設計方案

下沉廣場緊鄰地鐵1號風道、冷卻塔、4號出入口，局部侵入地鐵重點保護區范圍，開挖底面高程170.5m，高于地鐵結構底約3.9m，局部開挖底高程166.673m，與地鐵1號風道、冷卻塔和4號出入口結構底高程接近。

結合擬建工程場地地形、周邊環境及工程地質條件等因素，新田城商業廣場地下基坑圍護結構選型考慮如下：

場地地形：擬建新田城商業廣場場地現狀相對平坦，略有起伏、場地開闊。

周邊環境：新田城商業廣場南鄰軌道交通6號線洞林湖站，商業廣場地下車庫以及下沉廣場基坑開挖均鄰近既有地鐵車站，施工對地鐵車站結構的保護要求嚴格。

工程地質條件：場地開挖地層主要為填土、粉質黏土、黏質粉土、粉土等土層；基坑開挖深度約為15.4m，基底處的土層主要為粉質黏土層。地下水位埋深約22.5～25m（水位高程約153m）。

綜合各因素考慮：從基坑開挖深度、控制周邊土體變形、保證既有地鐵站安全考慮，新田城廣場地下基坑支護考慮采用鉆孔灌注樁+錨索支護結構型式，見圖2所示。

圖2 鉆孔灌注樁+錨索支護結構剖面圖

由于下沉廣場區域現狀地面西低東高，起伏較大，施工需開挖0～5.5m范圍厚的土層，考慮采用放坡開挖支護，見圖2。在其它側基坑，周邊無場地制約因素時，基坑在遠離地鐵一側（北側）采用1～2級放坡開挖，并在坡面打設短釘、掛網噴混護坡；在鄰近地鐵結構一側（南側），地鐵采用了φ800@1400的圍護鉆孔灌注樁，且嵌入下沉廣場底面以下7.6～11m，具有支擋功能，可考慮在此區域直接分層、分區開挖土體，此區域開挖施工應注意防止地鐵結構的側移。

基坑放坡支護參數如下，支護結構示意圖詳圖3：

圖3 放坡開挖+擋土墻支護結構剖面圖

（1）1、2級放坡坡率1∶1.5～1∶2。

（2）采用φ8@150×150鋼筋網，100mm厚C20噴混面層。

（3）φ16短鋼筋，長度1m，水平及豎向布置間距2m×2m。

三、計算分析

采用大型有限元軟件MIDAS/GTS來分析新田城商業廣場項目施工對地鐵結構變形和受力的影響，結合城市軌道交通結構安全控制指標，判斷施工的影響程度。土體采用三維實體單元，本構模型采用摩爾庫倫模型，模型計算所需土層參數依據地勘報告中的土層物理力學指標取值，基坑圍護及地下結構的計算參數按建設期混凝土標號選取，三維有限元模型如圖4所示。

圖4 新田城商業廣場項目有限元計算模型

通過對新田城商業廣場項目施工過程計算分析發現，洞林湖站主體及附屬結構變形主要由基坑側土體開挖及回筑產生，附屬結構變形為主要變形。

根據分析結果，在新田城商業廣場項目施工及使用過程中，車站主體最大水平變形值為3.18mm，最大豎向上浮為1.25mm，豎向沉降為－0.59mm；車站附屬最大水平變形值為4.26mm，最大豎向上浮為4.75mm，滿足規定變形限值要求。

軌道的高低最大值為0.29mm（10m弦長），軌道水平最大值為0.05mm，均小于4mm控制要求，滿足規定變形限值要求。

根據分析結果，鄰近附屬結構變形對新田城商業廣場項目施工及使用較為敏感，施工時應加強對鄰近基坑側附屬結構的監測。

四、施工組織

（1）施工進場后首先完成臨時占地、管線改遷、交通疏解等前期工作，然后優先施工下沉廣場區域，完成后再施工其他區域。

（2）下沉廣場區域圍護結構施工：

①首先小區域范圍開挖洞林湖站1號風道結構上方土體，并永久邊坡防護，后施作擋墻（DQ2）。

②按設計圖紙施工鉆孔樁，樁心定位誤差及樁體傾斜率必須滿足設計要求。

③鑿出鉆孔樁樁頂上不小于50cm長段的浮漿，支模施工冠梁，并按圖示平整冠梁南北兩側的施工場地。

④開挖下沉廣場基坑，施作下沉廣場擋土墻（DTQ1）結構，后覆土回填，地面鋪裝、綠化。

（3）下沉廣場步梯、電扶梯、連接通道及擋土墻等結構的施工，應根據圖中所示放坡邊線開挖，未明示的可根據結構設計輪廓進行開挖。

（4）下沉廣場開挖需破除出露地面以上的、既有地鐵附屬結構基坑圍護樁，建議采取切割作業方法，應確保對既有車站結構不產生破壞。

（5）鄰近地鐵車站一側基坑及下沉廣場開挖應分段、分層、分區開挖，避免大挖方對地鐵車站及周邊土體造成較大影響。

五、監控量測

1. 監測范圍

根據相關規范規定，本工程洞林湖站及兩側50m范圍內的地面、建（構）筑物、管線和其他重點保護對象為主要監測區，監測等級一級，沿既有站線路方向每5～20m左右設置一個監測斷面。

2. 監測項目內容

結合施工環境和地質情況，本工程的監測主要包括以下幾方面：

（1）主要監控項目：

①既有站結構變形（變位）；

②既有站軌道變形（變位）；

③既有站道床（剝離）脫空；

④新建商業廣場、下沉廣場基坑工程的施工監測。

（2）由于必須對既有站結構進行全天候的實時監控量測，傳統的監測技術在高密度行車的軌行區內無法實施，且不能滿足對大量數據采集、分析以及及時準確反饋的要求，因此采用自動化程度和精度高的遠程自動化監測系統對既有運營線的結構變形和軌道變形進行24小時的即時監控量測。

（3）對受影響地鐵車站結構進行裂縫監測，采用現場監測和無線遠程自動化監測相結合方法。監測內容包括裂縫位置、走向、形狀、長度和寬度等，在過程中對裂縫變化進行跟蹤測量。

3. 監測頻率

監測工作自始至終要與施工的進度相結合，監測頻率應滿足施工工況的要求。為了確保既有線運營的安全性，同時考慮存在不確定性因素的影響，必須進行同步跟進實時監測。參照《城市軌道交通工程監測技術規范》（GB50911-2013）等相關規范并結合相關工程實踐，對鄰近施工的監測頻率提出以下建議值，具體見表1。

表1 鄰近施工基坑支護結構、周邊巖土體及周邊環境監測頻率表

六、結束語

（1）新田城商業廣場項目施工對鄰近車站附屬結構變形影響較大，尤其是下沉廣場施工時，鄰近本項目側附屬結構變形突增，為降低基坑開挖、回筑及使用過程中對附屬結構變形的影響，建議對下沉廣場區域施工分層、分段開挖土方。

（2）新田城商業廣場項目建設對軌道交通結構的變形影響大部分已在新田城商業廣場項目投入使用后完成，在新田城商業廣場項目長期使用期間，上部荷載變化較小，且大部分荷載通過樁基傳遞至地基深處，對軌道交通影響較小。

（3）地鐵站點周邊地下商業開發應盡可能與地鐵同步設計、同步實施，否則后期無縫銜接實施難度及風險很大，將會大幅度增加工程投資、實施難度及風險。