段明明

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 工程概況

1.1 基坑工程概況

該基坑位于大連市沙河口區(qū)五一路、西安路交叉口西北象限，東側(cè)臨近西安路地鐵站?；娱_挖深度為15.65m，長度為92.7m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為38.15m?；硬捎妹魍诜ㄊ┕?，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+旋噴樁止水帷幕+兩道混凝土支撐結(jié)構(gòu)。

1.2 地鐵工程概況

西安路站為大連地鐵1、2 號線換乘站，地下3 層暗挖車站，縱向總長度為237.6m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬21.3m，車站埋深約10m；2 號風(fēng)道排風(fēng)井深14.007m，新風(fēng)井深27.307m，風(fēng)井采用倒掛井壁法施工；4 號出入口通道長57.16m，凈寬4m，其中明挖段長19.462m，暗挖段長26.248m，明挖段采用倒掛井壁法施工，暗挖段采用臺階法施工。

1.3 相對位置關(guān)系

基坑與西安路站2號風(fēng)道緊鄰，圍護(hù)樁外皮與排風(fēng)井結(jié)構(gòu)凈距約3m，基坑底與風(fēng)道頂豎向距離為3.99m，與4 號出入口結(jié)構(gòu)凈距約13m，與車站主體結(jié)構(gòu)凈距約23m，位置關(guān)系如圖1、圖2所示。

1.4 工程地質(zhì)概況

根據(jù)地勘報告，場地地層主要計算參數(shù)如表1所示。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)

表1（續(xù)）

圖1 基坑與西安路站平面位置關(guān)系圖

圖2 基坑與西安路站2號風(fēng)道剖面圖

2 地鐵結(jié)構(gòu)安全性要求

為確?；庸こ淌┕げ粚扔械罔F結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞，基坑施工對既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)控制技術(shù)指標(biāo)要求?！冻鞘熊壍澜煌ńY(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202—2013）對既有地鐵結(jié)構(gòu)控制指標(biāo)要求如表2所示。

表2 城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)要求

3 有限元模擬

采用有限元三維數(shù)值模擬軟件Midas GTS NX 建立分析模型。地層、初支及樁基礎(chǔ)采用實體單元，車站結(jié)構(gòu)采用板單元，車站梁柱、基坑冠梁、支撐、連系梁、臨時立柱及立柱樁基采用梁單元模擬[1-2]。模型圖和計算云圖如圖3、圖4所示。

圖3 基坑臨近車站計算模型

圖4 計算云圖

4 計算結(jié)果分析

4.1 車站結(jié)構(gòu)變形分析

初始階段為無變形，其他各階段最大變形如表3～表5所示。

表3 各階段豎向變形（Z方向） 單位：mm

表4 各階段橫向變形（X方向） 單位：mm

表5 各階段縱向變形（Y方向） 單位：mm

根據(jù)表3～表5 數(shù)據(jù)，由于基坑近接2 號風(fēng)道施工，對2 號風(fēng)道影響較大，基坑開挖完成后2 號風(fēng)道最大隆起量為5.833mm，最大橫向變形為1.284mm，最大縱向變形為1.368mm。4 號出入口由于受到2 號風(fēng)道的阻隔，變形較大位置為出地面段及爬升段，最大隆起變形為3.413mm，最大橫向變形為1.254mm，最大縱向變形為0.423mm。車站與2 號風(fēng)道接口位置也出現(xiàn)較大隆起，最大隆起量為2.345mm，側(cè)墻墻角出現(xiàn)朝向基坑的橫向變形，變形最大值為1.055mm，最大縱向變形為0.359mm。

根據(jù)數(shù)值模擬，車站變形主要發(fā)生在基坑第二道支撐未施作前，應(yīng)在開挖至第二道支撐位置時及時施作支撐，減小基坑周邊地層變形。

4.2 軌道結(jié)構(gòu)變形分析

地鐵1、2 號線軌道結(jié)構(gòu)各階段變形最大值如表6所示。

表6 各階段軌道結(jié)構(gòu)變形最大值 單位：mm

根據(jù)表6 數(shù)據(jù)，車站內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)最大豎向變形為1.676mm，軌間距最大變化值為+0.036mm，軌道結(jié)構(gòu)橫向最大高差為0.250mm。

5 應(yīng)對措施

土體卸載引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形和底部土體回彈變形，是既有地鐵結(jié)構(gòu)變形的重要影響因素。因此，控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和基底回彈是控制整個基坑變形以及保護(hù)臨近地鐵變形的關(guān)鍵。主要應(yīng)對措施如下：

（1）分區(qū)分時段卸載，采用分隔墻等將大面積卸載區(qū)域化分為若干獨立的卸載區(qū)域，分階段、分時段進(jìn)行開挖卸載，分別控制每一分區(qū)地層變形，從而實現(xiàn)整體控制。

（2）選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)[3]，宜采用剛度大、控制地層變形較好的支護(hù)結(jié)構(gòu)，并及時支護(hù)和架設(shè)支撐。

（3）考慮“時空效應(yīng)”原理進(jìn)行分塊、分條開挖并快速澆筑底板，遵循“分層、分塊、分條幅、平衡、對稱、限時”的開挖原則。

（4）及時壓重堆載，在底板上及時加載可減小土體的相對卸載量，達(dá)到控制土體和隧道變形的目的。

（5）爆破減震技術(shù)。鉆爆設(shè)計應(yīng)使用光面爆破或預(yù)裂爆破技術(shù)，宜放小炮，盡量減少爆破對圍巖的擾動。爆破參數(shù)應(yīng)通過試驗確定。

（6）采用遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測運營隧道。建立監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)控跟蹤、信息反饋、動態(tài)評估及管理。

（7）制定針對性的應(yīng)急預(yù)案，如出現(xiàn)可能影響地鐵結(jié)構(gòu)安全的情況，必須及時采取應(yīng)對措施，保證既有地鐵結(jié)構(gòu)的安全。

6 結(jié)論

結(jié)合工程實例，基于Midas GTS NX 建立分析模型，模擬基坑全過程施工對既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響，得到的結(jié)論如下：

（1）既有地鐵結(jié)構(gòu)裂縫寬度及變形均滿足控制要求，基坑開挖各階段對既有結(jié)構(gòu)造成的影響均在允許范圍內(nèi)。

（2）基坑開挖施工影響較大的結(jié)構(gòu)為2 號風(fēng)道，施工過程中2號風(fēng)道表現(xiàn)為整體結(jié)構(gòu)上浮狀態(tài)，其中風(fēng)道西南側(cè)側(cè)墻上浮量較大，表現(xiàn)出西南側(cè)結(jié)構(gòu)上翹狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的橫向變形表現(xiàn)為底板滑向基坑，頂部遠(yuǎn)離基坑的傾斜狀態(tài)。

（3）由于2 號風(fēng)道阻隔，4 號出入口及主體結(jié)構(gòu)受基坑開挖影響明顯小于其對2 號風(fēng)道的影響。4 號出入口表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)整體上浮狀態(tài)，其中出地面段上浮量較大，表現(xiàn)出西南側(cè)結(jié)構(gòu)上翹的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)受到2號風(fēng)道的阻隔，橫向變形主要表現(xiàn)在出地面段；車站主體最大變形位置為與2 號風(fēng)道接口處，表現(xiàn)為主體與2 號風(fēng)道接口位置結(jié)構(gòu)上翹狀態(tài)。

（4）主體基坑施工對車站影響較大階段為第一道支撐完成至基坑開挖至第二道支撐位置階段、第二道支撐完成至基坑開挖至坑底階段。