楊溢軍

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司）

新建基坑工程對(duì)蘇州地鐵某在建車站影響分析研究

楊溢軍

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司）

隨著城市化的發(fā)展[1]，城市軌道交通路網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)日新月異，地鐵車站周邊商業(yè)開發(fā)同步發(fā)展。新建基坑工程與鄰近地鐵車站交叉建設(shè)不可避免，近距離施工時(shí)影響非常復(fù)雜。本文以蘇州某工程為例，采用MIDAS/GTS分析了基坑工程分區(qū)分期開挖、架設(shè)支撐及回筑地下室及上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)鄰近建設(shè)中的軌道交通車站工程的影響，綜合考慮了各種因素影響下的在建車站圍護(hù)及主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形，最終提出相應(yīng)的保護(hù)措施及施工對(duì)策，研究結(jié)果對(duì)類似工程有一定的指導(dǎo)意義。

基坑；midas gts；地鐵；變形

1 工程概況

本工程位于蘇州市高新區(qū)，場(chǎng)地緊鄰在建的蘇州軌道交通3號(hào)線橫山路站在建工地。擬建項(xiàng)目總建筑面積為131581.14m2，其中地下49605.94m2：共分三層，主要功能為車庫和商業(yè)；地上81975.2m2，分為五個(gè)區(qū)：A區(qū)地上七層，主要功能為商業(yè)和社區(qū)用房；B區(qū)地上二十一層，主要功能商業(yè)和辦公用房；C區(qū)為地上五層，主要功能為商業(yè)用房；D區(qū)為地上四層，主要功能為商業(yè)用房；E區(qū)地上二十六層，主要功能為商業(yè)和酒店。擬建項(xiàng)目場(chǎng)地地理位置見圖1。

圖1 擬建項(xiàng)目場(chǎng)地地理位置

蘇地2014-G-7號(hào)地塊項(xiàng)目的基坑總面積約22147m2。其中遠(yuǎn)離地鐵側(cè)B#基坑面積約19762.8m2，鄰近地鐵側(cè)A#基坑面積約2384.2m2。本工程± 0.000=+3.750,基坑開挖深度詳見表1。

根據(jù)本基坑工程的開挖深度、規(guī)模和基坑周邊環(huán)境等情況，按照國家《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-2012)[2]，并參考上海市《基坑工程技術(shù)規(guī)范》(DG/TJ08-61-2010)[3],本基坑的安全保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。

表1 基坑各區(qū)開挖深度

基坑采用分區(qū)分期的施工方案，分區(qū)及分期方案如圖2所示。

圖2 基坑施工分區(qū)分期示意圖

施工流程簡述：B基坑-A1基坑-A2基坑。

⑴施工工程樁、立柱(樁)、鉆孔樁、止水?dāng)嚢铇?、管井等?/p>

⑵開挖分區(qū)B#基坑并回筑地下室結(jié)構(gòu)，繼續(xù)施工上部裙房及塔樓結(jié)構(gòu)；

⑶A1、A2基坑施工圍護(hù)樁、止水?dāng)嚢铇兜龋?/p>

⑷開挖分區(qū)A1#基坑并回筑兩層地下室結(jié)構(gòu)；

⑸開挖分區(qū)A2#基坑并回筑兩層地下室結(jié)構(gòu)；

⑹拆除第一道支撐，施工地下室負(fù)一層頂板，同時(shí)鑿除相鄰分區(qū)樁，連通地下室各層樓板、框架梁等構(gòu)件。

注：地鐵主體分段施工如圖3所示：

圖3 地鐵主體分段施工圖

鄰近本項(xiàng)目基坑的地鐵主體B區(qū)施工段總長155m，共分8個(gè)施工段。由于B區(qū)存在109.5m長的與地鐵側(cè)共用圍護(hù)結(jié)構(gòu)段，考慮到基坑施工的安全，為減少工程交叉作業(yè)的相互影響，初步溝通后確定地鐵車站B區(qū)主體結(jié)構(gòu)回筑施工及本項(xiàng)目A1#、A2#基坑范圍內(nèi)管線遷改工作完成后，才能進(jìn)行A1#、A2#近地鐵側(cè)基坑的施工。由于A1#、A2#基坑開工受限制因素較多，考慮B區(qū)全部裙房及塔樓超載對(duì)車站的不利影響。

2 計(jì)算分析

2.1 計(jì)算模型

表2 數(shù)值仿真計(jì)算采用的基坑土參數(shù)

根據(jù)工程實(shí)際情況，基于midas/gts建立了三維有限元分析模型,土層計(jì)算參數(shù)見表2,計(jì)算模型采用修正劍橋模型。

圖4 圍護(hù)樁（墻）、支撐（含冠梁、支撐桿件）及臨時(shí)立柱模型

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

2.2.1 基坑受力變形分析

對(duì)各個(gè)工況下基坑的豎向位移，水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的彎矩等進(jìn)行了計(jì)算分析。圖5-圖7所示為B#基坑架設(shè)第三道鋼筋砼支撐后，開挖至基坑底部時(shí)計(jì)算結(jié)果云圖。

圖8-圖11為各工況計(jì)算結(jié)果匯總及趨勢(shì)分析。

結(jié)果顯示：遠(yuǎn)離地鐵側(cè)大基坑底的最大隆起量23.6mm，鄰近地鐵側(cè)窄條基坑底的最大隆起量21.0mm。基坑的最大總水平位移16.5mm。遠(yuǎn)離地鐵側(cè)大基坑圍護(hù)樁最大正彎矩1202kN.m/m，最大負(fù)彎矩668kN.m/m；近地鐵側(cè)窄條基坑圍護(hù)樁最大正彎矩834kN.m/m，最大負(fù)彎矩453kN.m/m。

圖5 基坑豎向位移圖

圖6 基坑水平位移圖

圖7 圍護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩圖

圖8 遠(yuǎn)離地鐵側(cè)大開挖B#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩

圖9 遠(yuǎn)離地鐵側(cè)大開挖B#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移

圖10 近地鐵側(cè)窄條A#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩

圖11 近地鐵側(cè)窄條A#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移

從計(jì)算結(jié)果看來，隨著B#基坑及A1#、A2#基坑開挖深度的增加，基坑的自身變形逐漸增大，但從最大計(jì)算結(jié)果來看基坑的豎向和水平變形值基本滿足規(guī)范要求，基坑變形在可控范圍之內(nèi)，新建基坑工程對(duì)地鐵基坑工程的影響也是可以控制的。

2.2.2 車站的變形分析

對(duì)各工況下車站結(jié)構(gòu)的水平位移作了計(jì)算分析，見圖12、圖13。

基坑的開挖必然引起臨近地鐵車站的變形，由于A1#、A2#基坑土層的開挖，地鐵車站一邊土體卸載，既有車站在兩側(cè)土壓力差作用下，必然產(chǎn)生一定的變形。

結(jié)果顯示：由于地鐵鄰近側(cè)窄條基坑的施工，對(duì)已完成車站B區(qū)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大水平位移8.1mm，方向指向窄條基坑內(nèi)側(cè)。

2.2.3 分析小結(jié)

⑴車站結(jié)構(gòu)的最大水平位移（指向基坑內(nèi)側(cè)）8.1mm（MIDAS/GTS）；最大豎向位移7.3mm。模擬結(jié)果表明：基坑施工全過程對(duì)地鐵車站的位移有一定的影響，但能夠滿足軌道交通結(jié)構(gòu)水平及豎向位移量不大于10mm的要求；

圖12 車站結(jié)構(gòu)水平位移云圖

圖13 車站結(jié)構(gòu)水平位移云圖

⑵本項(xiàng)目B#基坑的最大水平位移16.5mm，最大正彎矩標(biāo)準(zhǔn)值1202kN.m/m，最大負(fù)彎矩標(biāo)準(zhǔn)值-668kN.m/m；A#基坑的最大水平位移8.7mm，最大正彎矩標(biāo)準(zhǔn)值834kN.m/m，最大負(fù)彎矩標(biāo)準(zhǔn)值-453kN.m/m；均能滿足基坑自身的安全性要求。

3 結(jié)論與建議

⑴軌道交通橫山路站主體結(jié)構(gòu)回筑施工完成后，A#窄條基坑分兩期先后施工對(duì)車站結(jié)構(gòu)有影響，車站結(jié)構(gòu)最大水平位移8.1mm；最大豎向位移7.3m。在項(xiàng)目實(shí)施過程中應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制，避免發(fā)生車站結(jié)構(gòu)的變形量大于理論分析值，導(dǎo)致無法滿足軌道交通結(jié)構(gòu)的保護(hù)要求，

⑵從計(jì)算結(jié)果看來，B#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移16.5mm，A#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移8.7mm，可以滿足基坑安全保護(hù)等級(jí)一級(jí)的要求[2]。

⑶鄰近地鐵車站的基坑工程開挖，對(duì)既有車站會(huì)產(chǎn)生一定影響，且隨著開挖面積的增大，影響隨之增大。

⑷新建基坑工程分坑分期的開挖方案，從空間上減小了對(duì)既有車站的變形，對(duì)今后類似工程，建議基坑可采用分坑分期小范圍開挖的方案實(shí)施，可減小對(duì)既有結(jié)構(gòu)的變形?！?/p>

[1]王春輝.地下工程臨近既有地鐵施工安全性影響評(píng)價(jià)研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[2]JGJ 120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[3]DG/TJ08-61-2010，上海市基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].