劉翔

長沙市軌道交通集團(tuán)有限公司 湖南 長沙 410000

引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)分析（不含港澳臺(tái)）截止到2018年底，建設(shè)規(guī)劃起軌道交通線網(wǎng)絡(luò)的城市有63座。在建規(guī)劃線路長度，不包含處于運(yùn)營階段的線路，總長為7611km。35個(gè)城市運(yùn)營的軌道交通線路為185條，總長度為5761.4km，全年客運(yùn)量約210.7億人次[2]。

隨著宏觀經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)[3]，現(xiàn)代化建設(shè)已經(jīng)從高速增長轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展階段，軌道交通發(fā)展也緊隨時(shí)代的步伐，各類TOD項(xiàng)目如雨后春筍，必然會(huì)有更多的臨近軌道交通的商業(yè)項(xiàng)目涌現(xiàn)。本文主要對(duì)長沙1號(hào)線高架站旁某商業(yè)項(xiàng)目開發(fā)基坑對(duì)既有運(yùn)營高架站的影響進(jìn)行了研究并評(píng)估。

1 項(xiàng)目概況

擬建某商業(yè)項(xiàng)目場(chǎng)地長364m，寬90m，場(chǎng)地分商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)，商業(yè)區(qū)在場(chǎng)地北邊，兩層地下室，1棟超高層建筑，2棟高層建筑，2棟多層建筑。本工程緊鄰長沙軌道交通1號(hào)線某高架站及前后高架區(qū)間，其中主體部分的最大開挖深度約11m；與地鐵結(jié)構(gòu)水平凈距最小處約8.7m。1號(hào)線于2016年6月開通運(yùn)營。

緊鄰地鐵的支護(hù)結(jié)構(gòu)采用雙排樁支護(hù)，樁頂設(shè)置冠梁及連梁，樁間土防護(hù)采用?8@200×200掛網(wǎng)，80mm厚C20噴射砼護(hù)面。雙排樁中間填土采用?50 PVC注漿管注漿加固，注漿管間距500×600，底部進(jìn)入粉質(zhì)黏土不小于500mm。

2 研究的目的和意義

長沙軌道交通1號(hào)線，作為該城市建成運(yùn)營的第2條地鐵線路。起點(diǎn)為開福區(qū)政府站，大約以南北走向，途經(jīng)長沙市開福區(qū)、芙蓉區(qū)、天心區(qū)和雨花區(qū)，終點(diǎn)為尚雙塘站。2019年，1號(hào)線全年客運(yùn)量11763.3萬人次，最高單日線路客運(yùn)量為2019年5月1日的43.64萬人次。自2016年開通以來，整體運(yùn)營安全情況良好，維護(hù)好1號(hào)線的結(jié)構(gòu)和運(yùn)營安全，是確保長沙幾十萬市民出行安全的重要保證。

復(fù)雜的周邊環(huán)境對(duì)該工程的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工提出了很高的要求。再加上，工程開挖基坑深度與面積要求較大，需對(duì)基坑引發(fā)的土層位移、市政管線以及軌道交通設(shè)施影響進(jìn)行嚴(yán)格控制。該工程建設(shè)緊鄰1號(hào)線高架站及前后區(qū)間，對(duì)1號(hào)線高架車站及橋梁結(jié)構(gòu)和運(yùn)營秩序會(huì)產(chǎn)生一定影響，因此有必要在施工前開展安全評(píng)價(jià)研究，慎重考慮施工的影響，以確保軌道交通1號(hào)線運(yùn)營的安全。

3 影響評(píng)價(jià)研究

3.1 有限元模型簡(jiǎn)介

分布開挖基坑作業(yè)，處于動(dòng)態(tài)土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的復(fù)雜交互狀態(tài)。采用常規(guī)豎向彈性地基梁法，無法對(duì)基坑變形問題進(jìn)行預(yù)測(cè)控制。為此，工程建設(shè)者運(yùn)用有限元與有限差分影響的數(shù)值分析法，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體相互作用進(jìn)行控制，以降低復(fù)雜施工因素所帶的負(fù)面影響。成功通過土體模擬與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特性，來提高基坑工程建設(shè)運(yùn)行的可靠性。

受工程基坑與車站結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的影響，增加了數(shù)值計(jì)算過程幾何模型構(gòu)建的難度。經(jīng)驗(yàn)證，PLAXIS，作為地下工程專業(yè)有限元軟件，能夠有效提高建模便捷性同時(shí)，保證計(jì)算結(jié)果獲取準(zhǔn)確性。故本文選擇采用PLAXIS來對(duì)基坑開挖進(jìn)行模擬分析。模擬基坑開挖的工況步驟如下表所示，本構(gòu)模型采用HS模型。

表1 PLAXIS模擬基坑開挖施工步驟

3.2 基坑斷面設(shè)計(jì)及模型建立

基坑斷面設(shè)計(jì)采用1000@2000雙排懸臂樁，雙排樁中心距為3m，基坑深約10.1m，排樁嵌固深度為6.5m?；舆吘嚯x地鐵1、2號(hào)出入口約8.7m，距離主體樁基約27.4m，高架車站及附屬均采用樁基礎(chǔ)。

對(duì)于基坑開挖范圍，應(yīng)依次為素填土、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化粉質(zhì)黏土、中分化粉質(zhì)黏土。素填土主要成分系黏性土，局部夾雜碎巖塊、建筑垃圾等，尚未完成自重固結(jié)，工程力學(xué)性質(zhì)差；粉質(zhì)黏土可塑～硬塑，韌性中等，干強(qiáng)度中等；強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖極軟巖，極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖較完整，屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。各層巖土的參數(shù)如下表所示。

表2 巖土參數(shù)表

建立的有限元模型如下圖：

圖1 Plaxis有限元模型

3.3 計(jì)算結(jié)果及其影響分析

實(shí)際建設(shè)過程，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)朝著坑內(nèi)進(jìn)行側(cè)向位移。經(jīng)分析，與地應(yīng)力釋放且重新分布有關(guān)，不僅會(huì)引發(fā)地鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)側(cè)移，還會(huì)在開挖基坑過程中對(duì)基坑周邊與坑底土體造成卸載影響。此問題狀態(tài)，基坑底部隆起且發(fā)生側(cè)向位移，就會(huì)導(dǎo)致地鐵車站結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力變化。其位移變化如下圖所示：

圖2 模型側(cè)向位移DX（開挖到底）

圖3 模型豎向位移DY（開挖到底）

圖4 模型位移DXY（開挖到底）

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，模型整體最大側(cè)向位移為8.2mm，最大豎向位移為8.3mm，總位移最大值為10.8mm，極值在基坑邊上。

基坑開挖對(duì)車站附屬樁基礎(chǔ)最大位移為2mm，對(duì)車站主體樁基礎(chǔ)最大位移影響值在2mm以內(nèi)。

基坑開挖過程中，引起地鐵車站的結(jié)構(gòu)變形量及其預(yù)警值、控制標(biāo)準(zhǔn)如下表所示：

表3 地鐵車站結(jié)構(gòu)變形表（mm）

4 研究結(jié)論

根據(jù)上述研究結(jié)果，施工條件正常，只要按照設(shè)計(jì)要求的工況進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，就可對(duì)基坑自身變形與環(huán)境保護(hù)等級(jí)是否一致問題進(jìn)行判斷。結(jié)果表明，即使同時(shí)基坑開挖導(dǎo)致的相鄰地鐵車站結(jié)構(gòu)變形存在一定影響，結(jié)構(gòu)安全與運(yùn)行使用仍在既定要求范圍內(nèi)。

本次評(píng)估研究表明，在長沙地區(qū)類似地層中，基坑開挖深度10m左右的臨近軌道交通的基坑采用雙排樁是可以滿足地鐵保護(hù)要求的。

此次評(píng)估研究得出以下結(jié)論：

1）基坑施工存在卸荷效應(yīng)，即開挖使得基坑樁基周邊土體位移。再加上，土體變形傳遞效應(yīng)影響，高架車站樁基存在沉降與水平位移問題。產(chǎn)生一定的沉降和水平位移。

2）有限元計(jì)算結(jié)果分析表明，本商業(yè)項(xiàng)目基坑開挖作業(yè)雖然對(duì)車站結(jié)構(gòu)造成了沉降與位移影響，但指數(shù)數(shù)值均在變形控制規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，符合地鐵保護(hù)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

3）本工程應(yīng)重點(diǎn)控制圍護(hù)樁成孔及土方開挖施工過程，嚴(yán)格控制施工工藝及相關(guān)參數(shù)，不應(yīng)采用沖孔工藝成樁。

4）施工做好地面超載與堆載控制，地面施工荷載宜小于20kPa。工程施工前，應(yīng)制定好切實(shí)可行、可操作性強(qiáng)、可實(shí)施的應(yīng)急預(yù)案，以防突發(fā)事故，相應(yīng)的應(yīng)急物資應(yīng)切實(shí)到位。