于 鑫

(上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院,上海 200235)

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基坑非對稱開挖對運(yùn)營地鐵換乘節(jié)點(diǎn)影響的分析

于 鑫

(上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院,上海 200235)

以杭州地鐵城站站為例，分析了5號線地鐵車站基坑非對稱開挖對已運(yùn)營換乘節(jié)點(diǎn)的影響，并從減荷、加約束、預(yù)加固等方面，總結(jié)了保護(hù)運(yùn)營換乘節(jié)點(diǎn)安全的技術(shù)措施，以供類似工程借鑒。

基坑，車站，換乘節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測數(shù)據(jù)

0 引言

杭州地鐵城站站為1，5號線換乘車站，換乘方式為十字換乘，1號線為地下2層，5號線為地下3層，根據(jù)建設(shè)時(shí)序，先施工1號線車站及換乘節(jié)點(diǎn)，后施工5號線車站。

換乘節(jié)點(diǎn)南北兩側(cè)5號線基坑原設(shè)計(jì)方案為“南北兩側(cè)對稱開挖，且在1號線運(yùn)營前完成基坑土方開挖”。因邊界條件變化，現(xiàn)場無法按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行5號線南北基坑對稱開挖施工，需先施工南側(cè)基坑，再施工北側(cè)基坑。

城站站總平面圖見圖1。

5號線車站南北基坑開挖時(shí)，運(yùn)營的換乘節(jié)點(diǎn)兩側(cè)出現(xiàn)非對稱卸載及加載，節(jié)點(diǎn)傳力路徑及結(jié)構(gòu)受力模式發(fā)生變化，使已運(yùn)營車站存在較大安全隱患。

2009年上海市閔行區(qū)羅陽路蓮花河畔景苑7號樓整體傾倒事故便是典型的偏載引起建筑基礎(chǔ)破壞，最終引起樓房整體倒覆。

下面以杭州地鐵城站站為例，對5號線地鐵車站基坑支護(hù)方案及施工方案進(jìn)行了探討，并采用Midas GTS軟件建立三維巖土—結(jié)構(gòu)模型對不同方案進(jìn)行數(shù)值分析，總結(jié)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

杭州地鐵城站站車站位于城站路與西湖大道交叉路口東側(cè)站前廣場下方，1，5號線換乘節(jié)點(diǎn)已建成并投入使用，換乘節(jié)點(diǎn)長60 m，寬24 m，底板埋深23.8 m，換乘節(jié)點(diǎn)底板下設(shè)兩排抗拔樁，樁徑1 m，樁間距3.2 m，樁長18 m，共計(jì)36根。

5號線車站南基坑長38 m，寬24 m，深23.8 m，5號線車站北基坑為L形基坑，長57 m，寬39 m，深23.8 m。南北基坑基底位于⑧1粉質(zhì)粘土層中，該層土以軟塑為主，局部軟可塑，承載力特征值為110 kPa。南、北基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用1.0 m厚地下連續(xù)墻，連續(xù)墻嵌固深度約22.1 m，插入比為0.93。支撐采用混凝土支撐及鋼支撐相結(jié)合的內(nèi)支撐體系，第一、二、四道支撐采用混凝土支撐，第三、五、六道支撐采用鋼支撐，并設(shè)一道倒換支撐?；觾?nèi)采用高壓旋噴樁裙邊加固與抽條加固相結(jié)合的方式加固地基，加固深度為基底下3 m(見圖2)。

2 工程與水文地質(zhì)

本工程勘探深度內(nèi)主要為第四系沖海相、海相及河流相沉積物；下伏基巖為白堊系下統(tǒng)朝川組(K1c)泥質(zhì)粉砂巖，從上至下分別為：雜填土及淤填土，層厚約3 m；砂質(zhì)粉土、粉土、粉砂，厚約14.5 m，滲透系數(shù)為1.5×10-3cm/s～2.5×10-3cm/s；粘土、粉質(zhì)粘土，層厚約22 m；圓礫，層厚約12.5 m。

擬建場地淺層地下水屬孔隙性潛水，主要賦存于表層填土及③2～③6層粉土、粉砂中，由大氣降水和地表水徑流補(bǔ)給，地下水位隨季節(jié)變化?？碧狡陂g測得鉆孔靜止水位埋深2.4 m～2.9 m。

主要土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)表

3 既有線保護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)運(yùn)營公司要求及《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，對既有線的結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值如表2所示。

表2 安全控制指標(biāo)表 mm

同時(shí)確保運(yùn)營車站結(jié)構(gòu)在開挖偏載工況滿足承載力極限狀態(tài)要求。

4 設(shè)計(jì)方案及施工方案

非對稱開挖引起換乘節(jié)點(diǎn)南側(cè)土約束缺失，導(dǎo)致?lián)Q乘節(jié)點(diǎn)向南側(cè)變形，引起水平抗力構(gòu)件(柱、封堵墻、抗拔樁)內(nèi)力增加，擬通過以下措施減少偏載影響。

1)減荷措施：由于基坑上部19 m范圍內(nèi)為粉土、粉砂等強(qiáng)透水層，通過降水可減少土層中孔隙水壓力，故在車站北側(cè)設(shè)置3口降水井，將地下水位降至地面下19 m，減小北側(cè)水平荷載。同時(shí)在降水井四周設(shè)高壓旋噴樁隔水帷幕，避免降水引起周邊構(gòu)筑物沉降。

2)加約束措施：近換乘節(jié)點(diǎn)段卸土后，及時(shí)在換乘節(jié)點(diǎn)各層板標(biāo)高處架設(shè)支撐，對支撐預(yù)加軸力，抵抗北側(cè)水平荷載。

3)預(yù)加固措施：對換乘節(jié)點(diǎn)南側(cè)土體進(jìn)行全斷面旋噴樁加固，水泥摻量20%。加固體寬度為9 m，加固深度為頂板頂至基坑底3 m。待加固土體達(dá)到一定強(qiáng)度后開挖南側(cè)基坑，提高土體的抗壓強(qiáng)度和土體的側(cè)向抗力，減少土體壓縮和地基變形及圍護(hù)墻向坑內(nèi)的位移，充分利用加固體遮擋效應(yīng)盡量減少非對稱水土壓力對換乘節(jié)點(diǎn)處結(jié)構(gòu)的不利作用。

對比不減荷及不加約束、加約束、減荷及加約束三個(gè)方案分析非對稱開挖各工況換乘節(jié)點(diǎn)構(gòu)件內(nèi)力、變形變化情況，確定經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的保護(hù)方案。

計(jì)算模型如圖3所示。

5 數(shù)值分析結(jié)果及方案選定

1)水平抗力構(gòu)件分析結(jié)果。

選取柱、抗拔樁等水平抗力構(gòu)件進(jìn)行多工況承載力驗(yàn)算，分析對比結(jié)果見表3。

表3 柱承載力驗(yàn)算對比表

換乘節(jié)點(diǎn)圓柱位于節(jié)點(diǎn)中部，南側(cè)基坑卸載后，分擔(dān)的水平荷載較小，原結(jié)構(gòu)柱承載力有一定的富裕，在不采取保護(hù)措施的情況下，承載力基本滿足要求。

換乘節(jié)點(diǎn)矩形柱位于節(jié)點(diǎn)兩側(cè)，南側(cè)基坑卸載后，分擔(dān)的水平荷載較大，在采用一定的保護(hù)措施后，承載力可滿足要求。

南側(cè)卸載后，抗拔樁變?yōu)閾Q乘節(jié)點(diǎn)抗滑移樁，原抗拔樁樁徑1 100 mm，箍筋規(guī)格為HPB300φ8@100，樁抗極限剪承載力為1 210 kN，不采取保護(hù)措施時(shí)，最大剪力設(shè)計(jì)值為3 267 kN,承載力不滿足要求；采用加約束、減荷方案后，最大剪力設(shè)計(jì)值為1 056 kN,樁抗剪承載力滿足要求(見表4)。

表4 抗拔(滑)樁抗剪承載力驗(yàn)算對比表 kN

2)變形數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

選取軌行區(qū)變形驗(yàn)算進(jìn)行多工況驗(yàn)算對比，分析對比結(jié)果見表5。

表5 軌行區(qū)變形驗(yàn)算對比表 mm

通過分析可知，當(dāng)采取“加約束、減荷方案”后，1號線行車軌道底板變形為1.74 mm，滿足1號線地鐵運(yùn)營要求,計(jì)算結(jié)果見圖4。

根據(jù)工程類比及上述對比分析表明，加約束、減荷方案能滿足既有換乘節(jié)點(diǎn)的變形控制及承載力要求，故選擇加約束、減荷方案作為最終實(shí)施方案，并輔以南基坑坑內(nèi)預(yù)加固措施作為安全儲(chǔ)備。

6 結(jié)論與建議

通過本工程數(shù)值計(jì)算及后續(xù)實(shí)施監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：

1)開挖過程中，換乘節(jié)點(diǎn)軌道變形為1.8 mm，變形在允許范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生超限裂縫，設(shè)計(jì)采用的保護(hù)方案是安全可靠的。2)可通過迎土側(cè)減荷或在開挖側(cè)換乘節(jié)點(diǎn)板標(biāo)高處增設(shè)支撐減少偏載對運(yùn)營車站的影響。3)換乘節(jié)點(diǎn)兩側(cè)非對稱開挖時(shí)，換乘節(jié)點(diǎn)抗拔樁成為主要抗側(cè)力構(gòu)件，因此作者建議換乘節(jié)點(diǎn)抗拔樁箍筋設(shè)計(jì)不宜過小，應(yīng)有足夠的抗剪能力，換乘節(jié)點(diǎn)底板梁可采用下翻梁提高節(jié)點(diǎn)抗滑移能力。 4)有條件的情況下，后期基坑可采用蓋挖逆作法施工，最大限度減少已建換乘節(jié)點(diǎn)水平變形。5)開挖期間，加強(qiáng)對軌道變形的監(jiān)測，及時(shí)調(diào)整軌道扣件，減少軌道兩端變形差，保證運(yùn)營安全。6)只要采取合適的保護(hù)設(shè)計(jì)方案，在已運(yùn)營換乘節(jié)點(diǎn)兩側(cè)進(jìn)行非對稱開挖是可行的。

[1] 陳 宇.后建基坑緊鄰運(yùn)營地鐵施工技術(shù)分析[J].建筑界，2013(16)：52-54.

[2] 李 博,劉國彬,黃 毅.在已運(yùn)營地鐵車站超近距基坑開挖幾個(gè)問題的探討[J].施工技術(shù)，2007，36(sup)：29-31.

[3] 侯學(xué)淵,劉建航.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[4] 武 科,高 明，劉金龍.在建地鐵車站對緊鄰既有結(jié)構(gòu)物的影響分析與變形控制措施探討[M].北京：海洋出版社，2015.

Analysis on the influence of foundation pit asymmetric excavation to metro operation transfer nodes

Yu Xin

(ShanghaiRailwayEngineeringRailTransitDesignResearchInstitute,Shanghai200235,China)

Taking the Hangzhou subway station as an example, this paper analyzed the influence of asymmetric excavation of line 5 subway station foundation pit to operation transfer nodes, and from reducing load, addition of constraints, pre strengthening and other aspects, summarized the technical measures for protection of the safety of operation transfer nodes, in order to provide reference for similar engineering.

foundation pit, station, transfer node, monitoring data

1009-6825(2017)06-0104-03

2016-12-14

于 鑫(1981- )，男，工程師

TU463

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