【摘? ? 要】：為減小新建工程對軌道交通設(shè)施的影響，以新建道路工程穿越既有地鐵設(shè)施為研究對象，采用數(shù)值模擬、理論計(jì)算及現(xiàn)場監(jiān)測等方法，研究了穿越工程對隧道結(jié)構(gòu)安全性影響程度，提出了采用樁錨支護(hù)方式對新建基坑進(jìn)行加固并對地鐵隧道進(jìn)行實(shí)時變形監(jiān)測，研究結(jié)果表明：采用樁錨支護(hù)方式對基坑進(jìn)行加固后隧道結(jié)構(gòu)保持在穩(wěn)定狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】：地鐵；深基坑；樁錨；支護(hù)

【中圖分類號】：U211.3【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）01-07-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.003

Safety Evaluation and Protection of Existing Subway under the Influence of Deep Foundation Pit Engineering

LIU Xinghao

（Beijing Gonglian Road Liaison Line Co. Ltd.， Beijing 100161， China）

【Abstract】：In order to reduce the impact of new projects on rail transit facilities， the paper takes the new road project crossing the existing subway facilities as the research object， numerical simulation， theoretical calculation and on-site monitoring are used to study the impact of the crossing engineering on the safety of the tunnel structure， and the pile-anchor support is put forward to reinforce the newly build fundation pit and monitor deformation of subway tunnel in real-time. The research results show that： after the fundation pit is reinforced by pile-anchor support， the tunnel structure keeps in a stable state.

【Key words】：subway； deep excavation； pile-anchor； support

隨著北京城市更新建設(shè)進(jìn)度的不斷提升，大量新建市政道路和老舊道路改造工程進(jìn)入規(guī)劃與施工階段，如豐臺火車站周邊路網(wǎng)改造工程等。目前北京地鐵運(yùn)營里程達(dá)到799 km，運(yùn)營線路32條，未來北京將擁有不低于2 500 km的軌道交通線路[1～4]。由于地鐵線路大多位于道路下方，多穿越城市繁華地帶，新建或改造道路工程經(jīng)常存在與既有地鐵線路交叉穿越、并行鄰近的關(guān)系。北京地鐵客運(yùn)量已達(dá)到1 300萬人次/d，列車運(yùn)營安全問題至關(guān)重要[5～8]。一旦由于穿越、鄰近施工影響地鐵運(yùn)營，將帶來非常嚴(yán)重的后果，甚至造成城市交通混亂與癱瘓。本文以鄰近北京地鐵10號線的四合莊西路道路工程為研究對象，開展安全影響性評估、防護(hù)設(shè)計(jì)及實(shí)時變形監(jiān)測研究，為地鐵安全運(yùn)營提供有效保障，也為類似工程的設(shè)計(jì)、施工及防護(hù)措施的實(shí)施提供借鑒。

1 工程概況

四合莊西路（豐臺南路—豐臺北路）規(guī)劃為城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為40 km/h、局部30 km/h，規(guī)劃道路紅線寬40～75 m，道路全長約2.9 km。

北京地鐵10號線（首經(jīng)貿(mào)大學(xué)站—豐臺站）區(qū)間在豐臺東路路口南側(cè)與四合莊西路線位相交，之后線位于10號線東側(cè)向北延伸，與10號線之間最大距離約75 m；在豐臺站北側(cè)，過東貨場路路口后，線位逐漸過渡到10號線的上方。見圖1。

道路樁號K1+487～K1+567路段為豐草河北路閉合框架，上方為豐草河北路，頂板以上為0.8 m厚路面結(jié)構(gòu)。線位西側(cè)為地鐵10號線豐臺站—前泥洼站盾構(gòu)區(qū)間，覆土約13.8～12.7 m。閉合框架結(jié)構(gòu)側(cè)墻外邊緣距地鐵10號線右線中線水平距離約 40.5～23.8 m，施工將引發(fā)土層較大幅度變形，對地鐵10號線盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)造成潛在的變形風(fēng)險(xiǎn)。

2 安全性影響評價

2.1 模型建立

采用Midas GTS NX軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，建立三維數(shù)值模型。考慮施工過程中的空間效應(yīng)，模型取新建工程與既有地鐵有效影響范圍，地層模型中土體為實(shí)體單元，地鐵結(jié)構(gòu)為板（殼）單元，不同土層采用不同的材料參數(shù)，模型底面及四周采用法向約束邊界條件，頂面采用自由邊界條件。模型尺寸：沿地鐵沿線方向370 m、橫向250 m，自原始地面頂部標(biāo)高向下深度60 m。新建結(jié)構(gòu)范圍包含四合莊西路下拉槽道路、東側(cè)立交專用匝道基礎(chǔ)，既有結(jié)構(gòu)包含地鐵10號線豐臺站—泥洼站區(qū)間。見圖2。

根據(jù)施工工序制定相應(yīng)的模擬工序：

1）工序一，打設(shè)北段四合莊西路下拉槽段基坑圍護(hù)樁；

2）工序二，完成下圍護(hù)樁段道路下拉槽基坑開完，同步施工鄰近該段的匝道橋；

3）工序三，整體開挖下拉槽道路及豐草河箱涵基坑，開挖深度2 m；

4）工序四，繼續(xù)整體開挖下拉槽道路及豐草河箱涵基坑，開挖深度3 m，開挖完成豐草河箱涵基坑；

5）工序五，繼續(xù)向下開挖施工，完成下拉槽段道路基坑開挖。

2.2 結(jié)果分析

道路施工過程對既有地鐵10號線結(jié)構(gòu)及地表產(chǎn)生一定程度的附加變形，基坑開挖完成后既有10號線區(qū)間隧道的豎向最大變形1.667 mm，為下沉變形，發(fā)生在道路基坑下方區(qū)間位置處區(qū)間側(cè)墻及拱頂；橫向最大變形為0.498 mm，為偏東側(cè)，發(fā)生在靠近基坑開挖側(cè)盾構(gòu)隧道側(cè)墻。見圖3。

根據(jù)新建工程與既有地鐵的穿越方式、影響分區(qū)、地鐵結(jié)構(gòu)變形預(yù)測值以及線路敷設(shè)形式對穿越工程的風(fēng)險(xiǎn)評估等級進(jìn)行劃分，此區(qū)域內(nèi)地鐵結(jié)構(gòu)處于基坑影響的顯著影響區(qū)范圍內(nèi)，預(yù)測變形值達(dá)到1.667 mm，超過變形允許值（2 mm）的70%，綜合判定風(fēng)險(xiǎn)等級為一級。此段范圍劃分為重點(diǎn)影響區(qū)域，需對結(jié)構(gòu)及軌道進(jìn)行變形監(jiān)測及實(shí)施防護(hù)措施。

3 基坑防護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)工程總體設(shè)計(jì)、安全性評價結(jié)果以及設(shè)計(jì)規(guī)范要求，針對此區(qū)段內(nèi)工程基坑進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，采用混凝土支護(hù)樁加設(shè)錨桿的支護(hù)形式，基坑開挖深度 10～11.2 m。樁基采用?800 mm@1 500 mm 的懸臂鉆孔灌注樁，嵌固深度6 m；錨索設(shè)置于樁間，入射角度與水平面夾角15°：第一道錨索水平間距3 m、總長14.5 m、錨固段長度8 m、5束鋼絞線，距基坑頂1.5 m；第二道錨索水平間距1.5 m、總長17 m、錨固段長度10 m、3束鋼絞線，距基坑頂5 m；第三道錨索水平間距1.5 m、總長12.5 m、錨固段長度7.5 m、3束鋼絞線，距基坑頂8.5 m。見圖4。

3.2 基坑樁錨支護(hù)計(jì)算

樁錨支護(hù)最大水平位移13.74 mm，地表最大沉降值17 mm，滿足規(guī)范及評估要求。見圖5和圖6。

4 監(jiān)控量測

4.1 監(jiān)測方案

考慮到地鐵結(jié)構(gòu)及軌道運(yùn)行安全，采用人工+自動化的綜合方式對地鐵結(jié)構(gòu)與軌道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。自動化遠(yuǎn)程監(jiān)測采用靜力水準(zhǔn)遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測網(wǎng)按測線形式在軌道結(jié)構(gòu)布置，沿軌道縱向按20 m間隔布設(shè)。人工監(jiān)測主要包括結(jié)構(gòu)沉降、水平位移、隧道收斂、管片錯臺、幾何形位及無縫線路鋼軌位移等內(nèi)容，測點(diǎn)間距為20 m，單線隧道每個斷面布設(shè)2個測點(diǎn)。見圖7。

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

自動化監(jiān)測儀器布設(shè)在重點(diǎn)影響區(qū)域隧道結(jié)構(gòu)底部，上下行各布設(shè)17臺精力水準(zhǔn)儀，監(jiān)測頻率1次/h，由于列車運(yùn)行引發(fā)的結(jié)構(gòu)振動對結(jié)構(gòu)瞬時變形數(shù)據(jù)影響較大，因此選取每日凌晨1：00—3：00時段內(nèi)的變形數(shù)據(jù)作為外部工程影響引發(fā)結(jié)構(gòu)變形的數(shù)據(jù)對坑開挖時段42 d的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。見圖8。

基坑開挖施工期間，上行隧道結(jié)構(gòu)沉降變形值集中在-0.3～0.2 mm，下行隧道結(jié)構(gòu)沉降變形值集中在-0.4～0.15 mm，區(qū)間內(nèi)最大變形發(fā)生在鄰近施工側(cè)的SZDH06測點(diǎn)，達(dá)到-0.4 mm。施工期間隧道結(jié)構(gòu)變形值未達(dá)預(yù)警值，結(jié)構(gòu)保持在穩(wěn)定狀態(tài)。由于靜力水準(zhǔn)儀安裝在地鐵結(jié)構(gòu)上，隨著每天地鐵列車振動影響及設(shè)備本身的精度問題，數(shù)據(jù)出現(xiàn)微小幅度的波動均屬于正常情況。

結(jié)構(gòu)變形實(shí)測數(shù)據(jù)與安全評估預(yù)測數(shù)據(jù)有一定的差距，主要由于評估建模以最不利的開挖條件考慮結(jié)構(gòu)變形，以此增加施工期間結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。通過基坑支護(hù)專項(xiàng)設(shè)計(jì)及支護(hù)穩(wěn)定性計(jì)算，最大限度降低了基坑施工對地鐵結(jié)構(gòu)的影響，全過程的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工工藝均起到對結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的保障作用。

5 結(jié)語

北京地鐵線路的不斷開通，已形成了網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營格局，穿越或鄰近道路也越來越多，一旦由于穿越、鄰近施工影響地鐵運(yùn)營，將帶來非常嚴(yán)重的后果，甚至造成城市交通混亂與癱瘓。穿越或鄰近道路施工過程中隧道結(jié)構(gòu)變形預(yù)測可達(dá)到1.667 mm，結(jié)構(gòu)變形風(fēng)險(xiǎn)等級為一級；通過數(shù)值模擬的方式能夠較為有效、準(zhǔn)確地預(yù)測地鐵結(jié)構(gòu)在外部施工影響下的可能變形值，以此對軌道防護(hù)設(shè)計(jì)、施工工藝優(yōu)化及變形監(jiān)測提出針對性、可行性的建議。項(xiàng)目實(shí)施過程中采用自動化監(jiān)測的方式對結(jié)構(gòu)實(shí)時變形進(jìn)行監(jiān)測，靜力水準(zhǔn)儀為外部施工及地鐵運(yùn)營提供了實(shí)時有效數(shù)據(jù)；監(jiān)測結(jié)果顯示隧道結(jié)構(gòu)最大上浮變形0.4 mm，對結(jié)構(gòu)安全未造成影響。

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收稿日期：2022-05-10

作者簡介：劉星浩（1983 - ）， 男， 內(nèi)蒙古扎蘭屯人， 工程師， 從事基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與管理工作。