高 晶，戴 源

［悉地（蘇州）勘察設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，江蘇 蘇州215128］

0 引 言

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提倡，各地越來(lái)越推薦軌道交通這種綠色出行的方式，因此各大城市的軌道交通建設(shè)也大力發(fā)展起來(lái)。與此同時(shí)，各地的基建工程仍然如火如荼的進(jìn)行著，這就必然會(huì)出現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)的軌道交通線路附近的進(jìn)行基坑開(kāi)挖的情況。如何在這種錯(cuò)綜復(fù)雜的條件下既保證基坑的順利施工，又最大限度的減小對(duì)鄰近的軌道交通線路的影響是工程中需要解決的問(wèn)題。

本文結(jié)合蘇州市相城區(qū)春申路改造工程中元和塘東隧道采蓮路節(jié)點(diǎn)的特殊環(huán)境，對(duì)緊鄰運(yùn)營(yíng)2號(hào)線高架線路的基坑進(jìn)行分析，探討采取哪些措施來(lái)減小基坑開(kāi)挖對(duì)軌道高架橋的影響。

1 工程概況

元和塘東隧道是春申湖路快速化改造重要組成部分，全長(zhǎng)2 860 m。主線西入口敞開(kāi)段長(zhǎng)166 m，暗埋段里程長(zhǎng)2519 m，主線東出口敞開(kāi)段長(zhǎng)度175 m。隧道在采蓮路口下穿軌道交通2號(hào)線，相交角度基本為直角。在此節(jié)點(diǎn)處，軌交2號(hào)線為高架區(qū)間形式，見(jiàn)圖1。南側(cè)200 m為軌道2號(hào)線徐圖港站。軌交2號(hào)線已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)6 a。軌道高架橋西側(cè)為現(xiàn)狀采蓮河，隧道需同步下穿該河道。

圖1 采蓮路節(jié)點(diǎn)平面圖

根據(jù)軌道設(shè)計(jì)資料，此處軌道高架區(qū)間在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮對(duì)本項(xiàng)目的預(yù)留，高架橋跨徑為60 m，鉆孔樁長(zhǎng)度在滿足荷載的情況下進(jìn)行了適當(dāng)加深了10 m左右，單樁承載力富裕約1 500 kN。北側(cè)橋墩承臺(tái)距離隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)為10.11 m，距離止水帷幕為6.71 m；南側(cè)橋墩承臺(tái)距離隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)為12.19 m，距離止水帷幕為8.79 m。

隧道西側(cè)采蓮河橋需同步恢復(fù)。河道寬度20 m。隧道投影范圍內(nèi)的橋梁采用共建箱涵的形式，跨徑布置形式為7 m+8 m+7 m。隧道兩側(cè)范圍的橋梁采用樁基礎(chǔ)埋置式橋臺(tái)，跨徑布置形式為3～8 m，將橋臺(tái)設(shè)于現(xiàn)狀駁岸后，減小拆除駁岸及橋臺(tái)開(kāi)挖對(duì)軌道橋墩的影響。南側(cè)橋梁鉆孔樁距離現(xiàn)有軌道樁基最小距離為4.4 m。北側(cè)橋梁鉆孔樁距離現(xiàn)有軌道樁基最小距離為6.6 m，見(jiàn)圖2。

圖2 新建橋梁與軌道橋墩的關(guān)系平面圖（單位：m）

該位置基坑寬度為31.8 m，深度15.8 m。隧道結(jié)構(gòu)為單箱雙室箱體，頂板厚度1.4 m，底板厚度1.5 m，側(cè)墻厚度1.4 m，中墻0.5 m。每個(gè)箱室凈寬13.1 m，中管廊寬度1.8 m。

2 地質(zhì)概況

工程所在地為蘇州地區(qū)典型地質(zhì),沿線現(xiàn)為綠化、廠區(qū)、河道、店鋪、道路等，場(chǎng)地屬長(zhǎng)江三角洲太湖流域沖湖積平原區(qū)，地貌形態(tài)單一，水系發(fā)育。地下水常年水位（黃海標(biāo)高）在1.10～1.30 m，根據(jù)其巖性特征及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異性，可劃分為10個(gè)工程地質(zhì)層，自上而下的主要土層名稱(chēng)及其物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1，其中基底位于④層土中。

表1 地層土質(zhì)特性表

3 圍護(hù)方案及相關(guān)措施

3.1 支護(hù)選型分析

本次圍護(hù)方案選型應(yīng)考慮以下一些重點(diǎn)：

（1）基坑開(kāi)挖應(yīng)確保鄰近地鐵結(jié)構(gòu)安全，控制地鐵車(chē)站變形在軌道公司要求的范圍之內(nèi)；

（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性、可行性及適宜性：優(yōu)先選用具有成熟經(jīng)驗(yàn)的支護(hù)形式，滿足基坑支護(hù)整體穩(wěn)定性的要求；

（3）控制基坑開(kāi)挖及地下結(jié)構(gòu)施工期間對(duì)周邊環(huán)境的影響；

（4）在保證基坑及周邊環(huán)境安全穩(wěn)定條件下盡量考慮縮短工期和施工方便；

（5）盡量節(jié)約工程造價(jià)；

（6）基坑分區(qū)及施工工序需充分考慮空間、時(shí)間、環(huán)境上的限制條件。

結(jié)合大量類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于此類(lèi)深基坑工程，目前常采用的基坑開(kāi)挖施工方案主要采用明挖順作法。對(duì)于明挖順作法開(kāi)挖形式，施工經(jīng)驗(yàn)較為成熟，只要支護(hù)體系設(shè)計(jì)合理，完全能滿足基坑自身及周邊環(huán)境的安全要求，施工工期也可以合理控制。綜上所述，推薦本工程基坑開(kāi)挖形式采用順作法開(kāi)挖的施工方案。

3.2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)

（1）獨(dú)立分坑，將基坑開(kāi)挖影響范圍減小

為減小基坑開(kāi)挖的空間效應(yīng)影響，隧道位于下穿軌道2號(hào)線高架橋區(qū)段的基坑進(jìn)行獨(dú)立分坑，軌道橋梁兩側(cè)各30 m范圍設(shè)置封堵墻與常規(guī)段隔離開(kāi)，總長(zhǎng)55 m。基坑保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。該節(jié)點(diǎn)范圍基坑深度約15.8 m。

（2）采用矮機(jī)架特殊鉆孔樁機(jī)及MJS微擾動(dòng)加固技術(shù)

軌道2號(hào)線高架橋下僅有約9 m凈空，施工條件受到很大限制，同時(shí)還需要考慮對(duì)軌道高架橋墩的保護(hù)。綜合以上因素，本范圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 200@1 400 mm鉆孔灌注樁+φ2 400@1 400 mm雙排MJS止水帷幕的形式，基坑豎向布設(shè)5道支撐（第一道撐為混凝土支撐，第二~五道撐采用鋼支撐，中間設(shè)置鋼格構(gòu)柱），見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 采蓮路節(jié)點(diǎn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面圖

圖4 采蓮路節(jié)點(diǎn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)橫斷面圖（單位：cm）

（3）加大鋼支撐規(guī)格并應(yīng)用支撐自動(dòng)軸力補(bǔ)償系統(tǒng)

為了控制基坑施工的變形，確保軌道2號(hào)線的安全運(yùn)行，對(duì)基坑施工的鋼支撐系統(tǒng)采用剛度較大的800 mm鋼支撐，并設(shè)置自適應(yīng)液壓伺服基坑位移變形控制系統(tǒng)，以始終保持軸力在設(shè)計(jì)值和控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，保證地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

鋼支撐預(yù)應(yīng)力施加的要求：第二道施加460 kN，第三道施加1 300 kN，第四道施加1 000 kN，每道均分2次施加。

（4）合理設(shè)置地基加固，確?；臃€(wěn)定

該范圍基坑底位于⑤粉質(zhì)黏土，該層土體壓縮性中等偏高，經(jīng)計(jì)算需要對(duì)支護(hù)的踢腳進(jìn)行土體加固才能滿足坑底隆起的穩(wěn)定性計(jì)算要求。同時(shí)考慮對(duì)軌道投影范圍內(nèi)的土體進(jìn)行全部加固，形成坑底的剛性支撐，可以有效改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。

因此綜合以上因素，對(duì)蓋范圍基坑采用“工”字型加固，在滿足穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，改善軌道高架橋下的土體變形控制。

（5）合理安排挖土工序，減少基坑暴露時(shí)間

首先整體開(kāi)挖至距離基底2 m時(shí)停止，按如下順序分塊開(kāi)挖：

先將軌道橋下10 m范圍內(nèi)土體開(kāi)挖至基底，迅速澆筑墊層及此部分底板；再將軌道高架東側(cè)20 m范圍內(nèi)土體開(kāi)挖至基底，迅速澆筑墊層及此部分底板；最后將剩余西側(cè)范圍內(nèi)土體開(kāi)挖至基底，迅速澆筑墊層及此部分底板。底板澆筑完畢后按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行拆撐和澆筑側(cè)墻、頂板的工作。

施工期間破除采蓮路西側(cè)20.2 m寬河道上的橋梁，后期隧道上方恢復(fù)成箱涵型式，兩側(cè)以橋梁形式恢復(fù)。橋梁邊跨設(shè)于現(xiàn)狀駁岸后，采用埋置式橋臺(tái)，避免開(kāi)挖橋臺(tái)基坑對(duì)軌道高架橋承臺(tái)的影響。

4 計(jì)算分析

4.1 有限元分析模型

本次評(píng)估分析選取MidasGTS作為計(jì)算平臺(tái)?；由疃燃s15.4 m，地鐵區(qū)間樁長(zhǎng)82 m。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，本模型計(jì)算深度取90 m；基坑?xùn)|西最寬約69 m，南北最寬約35 m，地鐵2號(hào)線徐圖港站~蠡口站高架區(qū)間上跨基坑，基坑距離區(qū)間樁基最近處約8.4 m。本模型東西方向的計(jì)算寬度取為200 m，南北方向的計(jì)算寬度取為150 m。對(duì)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、軌道高架區(qū)間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維建模，土體、地鐵承臺(tái)及橋墩采用實(shí)體單元，基坑支護(hù)采用板單元，車(chē)站區(qū)間結(jié)構(gòu)中的樁基礎(chǔ)、支護(hù)結(jié)構(gòu)中的水平支撐、圍梁等采用梁?jiǎn)卧?。建立的“地鐵-基坑-圍護(hù)”計(jì)算模型見(jiàn)圖5。

圖5 本工程有限元計(jì)算模型

4.2 本構(gòu)模型和計(jì)算參數(shù)

地基各土層采用彈塑性D-P模型。根據(jù)本工程的地質(zhì)勘察報(bào)告中的土工試驗(yàn)取值，各層土的C、φ取直剪固快試驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算。

在基坑開(kāi)挖、支護(hù)施工過(guò)程中，系統(tǒng)受重力場(chǎng)作用，并考慮基坑周邊10 m范圍內(nèi)作用20 kPa的車(chē)輛載荷。區(qū)間高架以荷載的形式加載在高架橋墩上。

4.3 計(jì)算結(jié)果

（1）基坑工程（見(jiàn)表2）

表2 基坑位移數(shù)據(jù)

（2）軌道高架區(qū)間結(jié)構(gòu)（見(jiàn)表3）

表3 軌道高架橋位移數(shù)據(jù)

計(jì)算結(jié)果表明，以上數(shù)據(jù)均在軌道交通安全保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的可控范圍內(nèi)。

（3）基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

除了有限元分析，同時(shí)采用理正軟件對(duì)基坑的整體穩(wěn)定、傾覆等指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算，按安全等級(jí)一級(jí)基坑考慮，均滿足規(guī)范要求結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 基坑穩(wěn)定計(jì)算數(shù)據(jù)

5 施工監(jiān)測(cè)

5.1 監(jiān)測(cè)原則

施工監(jiān)測(cè)可以判斷施工工藝和施工參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定和調(diào)整下一步施工，確保施工安全。將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)與理論預(yù)測(cè)值比較，用反分析法進(jìn)行分析計(jì)算，使設(shè)計(jì)更符合實(shí)際，便于以指導(dǎo)今后的工程建設(shè)。

5.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警值

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制值

圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移不大于1.4‰H；地下二層范圍約為18 mm，變化速率不大于1 mm/d；地下四層范圍約為28 mm，變化速率不大于1 mm/d。

（2）水位變化值

坑外水位下降（潛水與微承壓水）：500 mm，變化速率200 mm/d。

（3）軌道交通結(jié)構(gòu)變形控制要求

軌道交通結(jié)構(gòu)絕對(duì)沉降量及水平位移量不大于10 mm；隧道變形曲線的曲率半徑r不小于15 000 m；結(jié)構(gòu)相對(duì)彎曲曲率不大于1/2 500；日軌道交通結(jié)構(gòu)沉降量和水平位移量不大于1 mm。

5.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

目前該范圍基坑已完成底板和側(cè)墻的澆筑。目前監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5、表6。

表5 軌道高架橋橋墩監(jiān)測(cè)結(jié)果

表6 基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從表5、表6可見(jiàn)，結(jié)合控制指標(biāo)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)變量與變化速率均在控制指標(biāo)以?xún)?nèi)；與計(jì)算數(shù)值相比，實(shí)際變形量均小于計(jì)算數(shù)值。基坑及周邊環(huán)境基本處于安全可控狀態(tài)。

6 結(jié)論

本次基坑開(kāi)挖，結(jié)合計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，說(shuō)明采取上述一系列技術(shù)措施，確保了軌道交通結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和運(yùn)營(yíng)安全，特別是MJS工法、支撐自動(dòng)軸力補(bǔ)償系統(tǒng)、地基加固等的應(yīng)用等一系列的預(yù)防措施，為今后難度大、復(fù)雜程度高的城市建設(shè)施工提供了很好的借鑒作用。隨著地下空間的開(kāi)發(fā)加快，地下工程下穿既有建（構(gòu)）筑物施工將越來(lái)越普遍，綜合性的手段需要尋求一套指導(dǎo)性的措施作為基點(diǎn)，以供建設(shè)者們結(jié)合工程實(shí)際，很快的制定出有效的技術(shù)方案，希望本文涉及的措施能夠?yàn)榇颂峁┮恍┧夭墓﹨⒖肌?/p>