福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007

1 主要安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202—2013）及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值如表1所示，城市軌道交通圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值如表2所示。

表1 城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值

表2 城市軌道交通圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值

2 工程實(shí)例安全評(píng)估分析

2.1 工程概況

某工程場(chǎng)地位于東南沿海地區(qū)，場(chǎng)地東北側(cè)為地鐵站，場(chǎng)地西側(cè)為地鐵運(yùn)行庫(kù)，場(chǎng)地東側(cè)為已建道路，場(chǎng)地南側(cè)為歷史建筑。項(xiàng)目基坑開挖深度為1.50～3.85m，該項(xiàng)目基坑開挖范圍內(nèi)主要為填土層，坑底以下存在淤泥和淤泥質(zhì)土層，車輛基地下穿管涵位于基坑正下方，排水箱涵為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目與地鐵站區(qū)間的相對(duì)關(guān)系平面圖如圖1所示[1]。

圖1 場(chǎng)地與地鐵結(jié)構(gòu)相對(duì)關(guān)系平面圖

2.2 評(píng)估范圍

該工程評(píng)估工程項(xiàng)目施工對(duì)地鐵車輛基地、6號(hào)線車站（含車站主體、2號(hào)風(fēng)亭D出入口及C出入口）及隧道結(jié)構(gòu)安全的影響，尤其是基坑開挖對(duì)側(cè)向既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響，并提出合理化建議。

2.3 評(píng)估手段

此次研究擬通過工程類比、理論分析、相關(guān)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及三維數(shù)值模擬計(jì)算評(píng)估項(xiàng)目建設(shè)對(duì)地鐵車輛基地及6號(hào)線既有結(jié)構(gòu)安全的影響[2]。結(jié)合工程項(xiàng)目特點(diǎn)，車輛基地工程樁雖作為地鐵永久結(jié)構(gòu)，但承臺(tái)施工后樁基變形較難觀測(cè)，因此計(jì)算變形控制指標(biāo)參照地鐵結(jié)構(gòu)按20mm控制。車輛基地?fù)鯄ψ鳛榈貕K與車輛基地的分隔結(jié)構(gòu)，變形要求相對(duì)低，且易修復(fù)，建議按30mm控制。該項(xiàng)目地塊下方箱涵功能主要為過水，對(duì)結(jié)構(gòu)變形要求相對(duì)低，但考慮該項(xiàng)目地下室完成后，箱涵遠(yuǎn)期修復(fù)困難，因此建議按20mm控制。

2.4 數(shù)值模擬分析

在MIDAS-GTS有限元模型中，采用三維實(shí)體單元模擬土層，采用板單元模擬車站結(jié)構(gòu)、隧道襯砌、擋墻及箱涵；采用植入樁單元模擬車輛基地工程樁。為了消除模型尺寸對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，計(jì)算模型范圍以項(xiàng)目基坑的外輪廓為基準(zhǔn)，外擴(kuò)一定距離（大于基坑開挖深度的3倍）后而建立，模型深度按基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度的2倍建立，整體模型軸視圖如圖2所示。為保證計(jì)算結(jié)果精度及盡量減小有限元模型規(guī)模，該項(xiàng)目模型建立過程中進(jìn)行了如下簡(jiǎn)化處理：

圖2 整體模型軸視圖

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)等效剛度原理，將支護(hù)樁等效為地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，采用板單元模擬。等效地下連續(xù)墻厚度計(jì)算公式如下：

式中：d為排樁的單樁直徑；bk為相鄰樁中心間距。

（2）隧道結(jié)構(gòu)?？紤]隧道襯砌接頭對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)剛度削弱的影響，將襯砌結(jié)構(gòu)剛度折減15%。根據(jù)工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)際情況，對(duì)項(xiàng)目基坑施工過程進(jìn)行模擬，施工工況分析分為工況1（初始地應(yīng)力平衡）、工況2（既有地鐵結(jié)構(gòu)完成）以及工況3（基坑開挖至坑底）[3]。

2.5 評(píng)估結(jié)論及建議

（1）評(píng)估結(jié)論。項(xiàng)目基坑開挖造成基坑周邊一定范圍內(nèi)土體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致影響區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)生附加變形，進(jìn)而對(duì)臨近的既有地鐵及車輛基地既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。通過模擬得出結(jié)論如下：①該項(xiàng)目建設(shè)與臨近的車輛基地工程樁、擋墻、地塊下方箱涵結(jié)構(gòu)及地鐵6號(hào)線地鐵車站、車站區(qū)間結(jié)構(gòu)在空間位置上不存在沖突，采取必要的工程安全保護(hù)措施，工程具備實(shí)施的可行性。②項(xiàng)目基坑施工過程中，地鐵6號(hào)線車站結(jié)構(gòu)X、Y、Z方向最大位移均發(fā)生在工況3（基坑開挖完成），變形值分別達(dá)到了1.683mm、-3.904mm（向基坑方向）、1.541mm（隆起）。地鐵6號(hào)線車站區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)X、Y、Z方向最大位移均發(fā)生在工況3（基坑開挖完成），變形值分別達(dá)到了0.631mm、-0.908mm（向基坑方向）、-0.269mm（沉降）。地鐵車輛基地工程樁X、Y、Z方向最大位移均發(fā)生在工況3（基坑開挖完成），變形值分別達(dá)到了-1.810mm、5.918mm（向基坑方向）、2.848mm（隆起）。地鐵車輛基地?fù)鯄Y(jié)構(gòu)X、Y、Z方向最大位移均發(fā)生在工況3（基坑開挖完成），變形值分別達(dá)到了-4.593mm、7.753mm（向基坑方向）、9.540mm（隆起）。地鐵車輛基地箱涵結(jié)構(gòu)X、Y、Z方向最大位移均發(fā)生在工況3（基坑開挖完成），變形值分別達(dá)到了-1.992mm、-3.921mm（向基坑方向）、10.654mm（隆起）。根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，項(xiàng)目基坑開挖對(duì)地鐵樟嵐車輛基地（工程樁、擋墻及下方箱涵）及6號(hào)線地鐵車站、地鐵車站區(qū)間隧道各方向變形的影響均在安全范圍內(nèi)，變形控制滿足規(guī)范要求。③經(jīng)過計(jì)算分析6號(hào)線地鐵車站區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的附加縱向變形的最小曲率為R=375000m＞15000m，滿足地鐵保護(hù)要求。

（2）實(shí)施建議。①該項(xiàng)目施工單位應(yīng)編制專項(xiàng)施工作業(yè)方案，經(jīng)過專家論證并報(bào)送地鐵公司審核后，方可按照批準(zhǔn)的方案進(jìn)行施工。②該項(xiàng)目基坑開挖深度相對(duì)淺，考慮基坑開挖采用放坡方案，坑底存在深厚淤泥層，因此基坑開挖期間應(yīng)合理布置施工現(xiàn)場(chǎng)，近軌道交通側(cè)不得作為材料堆場(chǎng)。此外，基坑開挖過程中應(yīng)密切關(guān)注坑底地層情況，如發(fā)現(xiàn)地層條件與勘察存在較大偏差，應(yīng)及時(shí)通知地鐵公司、設(shè)計(jì)、評(píng)估等相關(guān)參加單位。③臨近軌道交通側(cè)需加強(qiáng)坡面防護(hù)及監(jiān)測(cè)，避免因邊坡穩(wěn)定問題影響周邊地層變形，同時(shí)坡頂不得用于重型車輛及設(shè)備通行，更不得進(jìn)行堆載。④該項(xiàng)目東西兩側(cè)均存在既有地鐵結(jié)構(gòu)，基坑開挖施工時(shí)建議采用盆式開挖，由中間至兩邊分段開挖。當(dāng)挖至基底設(shè)計(jì)高程時(shí)，應(yīng)立即施作墊層、防水層及地下室底板，避免因基坑長(zhǎng)時(shí)間暴露增加既有地鐵結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于過水箱涵橫穿基坑，箱涵上部覆土較淺，開挖時(shí)注意覆土保護(hù)，嚴(yán)禁超挖。⑤基坑施工期間，應(yīng)遵循先監(jiān)測(cè)后施工的原則，建設(shè)單位需委托符合資質(zhì)要求的第三方監(jiān)測(cè)單位對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。該項(xiàng)目箱涵位于基坑正下方，箱涵變形監(jiān)測(cè)方案建議采用間接量測(cè)方案，先在約1m×1m范圍放坡開挖至設(shè)計(jì)坑底，而后在坑底下采用人工探挖至箱涵頂面，進(jìn)而埋設(shè)剛性測(cè)點(diǎn)。⑥考慮該項(xiàng)目預(yù)制管樁管樁較長(zhǎng)，且坑底存在深厚軟弱淤泥層，樁基施工對(duì)淤泥層的擾動(dòng)可能對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，樁基靜壓施工前應(yīng)先采取引孔措施，減小土體對(duì)既有軌道交通結(jié)構(gòu)的擠壓。

3 結(jié)束語

文章針對(duì)基坑施工對(duì)周邊城市地鐵結(jié)構(gòu)的安全影響，立足實(shí)際案例，利用MIDAS-GTS系統(tǒng)建立有限元評(píng)估模型并開展三維模擬分析，主要分析了基坑施工對(duì)周邊地鐵既有結(jié)構(gòu)的形變影響，并提出了合理的施工方法和地鐵結(jié)構(gòu)保護(hù)措施，以便保護(hù)周邊既有地鐵結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。