孫東媛

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 工程概況

基坑施工臨近既有地鐵區(qū)間,工程風(fēng)險高、難度大[1],不僅需要制定周密的圍護(hù)及施工方案,還應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析來驗(yàn)證相關(guān)措施的可行性、安全性[2]。沈陽市地鐵十號線工程滂江街控制中心用地位于已開通運(yùn)營一號線滂黎區(qū)間兩側(cè),控制中心基坑分為A區(qū)基坑、B區(qū)基坑。A區(qū)、B區(qū)基坑距離一號線區(qū)間結(jié)構(gòu)分別約為6.2m、6.4m,為一級環(huán)境風(fēng)險工程。

控制中心A區(qū)基坑臨近一號線滂黎區(qū)間側(cè)深約為12.25m,采用灌注樁+鋼支撐的支護(hù)形式;B區(qū)基坑深約為7.75m,采用灌注樁+鋼支撐的支護(hù)形式。一號線區(qū)間兩側(cè)部分圍護(hù)樁與區(qū)間上部筏板的支承樁共用。

一號線滂黎區(qū)間起訖里程為DK20+537.15～DK21+710.630,區(qū)間總長1176.233m(左線)、1173.480m(右線)。與控制中心近鄰段為馬蹄形斷面,線間距為13m。區(qū)間初支采用C25早強(qiáng)網(wǎng)噴混凝土,襯砌厚度為300mm;二襯采用C30防水鋼筋混凝土,襯砌厚度為300mm,主受力鋼筋采用HRB335鋼筋。滂江街控制中心圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面示意圖見圖1,橫剖面圖見圖2。

圖1 滂江街控制中心圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面示意圖

圖2 滂江街控制中心圍護(hù)結(jié)構(gòu)橫剖面圖(長度單位:mm,高程單位:m)

2 地質(zhì)概況

3 安全分析工作要點(diǎn)

3.1 安全分析目的

結(jié)合十號線滂江街控制中心勘察設(shè)計(jì)文件、既有一號線滂黎區(qū)間圖紙和綜合調(diào)研等相關(guān)資料,對沈陽市地鐵十號線滂江街控制中心A區(qū)、B區(qū)基坑施工臨近一號線滂黎區(qū)間風(fēng)險源進(jìn)行評估。從既有區(qū)間變形情況、內(nèi)力變化情況進(jìn)行分析,對既有結(jié)構(gòu)受影響程度、范圍進(jìn)行評估,對既有結(jié)構(gòu)提出安全保護(hù)措施建議,為工程安全建設(shè)提供指導(dǎo)。

3.2 安全分析方法

以地勘資料、設(shè)計(jì)資料為基礎(chǔ)資料,采用Midas GTS NX有限元分析軟件建立1:1有限元模型,利用數(shù)值分析方法,綜合考慮地層條件、空間效應(yīng)、開挖方法等影響因素,模擬分析隧道開挖力學(xué)行為,評價新建地鐵結(jié)構(gòu)對周邊既有結(jié)構(gòu)的影響。

3.3 安全分析控制指標(biāo)

既有結(jié)構(gòu)豎向位移:沉降小于6mm,隆起小于4mm;既有結(jié)構(gòu)水平位移小于3mm;既有結(jié)構(gòu)襯砌及配筋滿足受力要求[3-4]。

4 基坑施工工序

控制中心基坑施工時,首先施工上跨一號線區(qū)間的筏板及其支承樁,待筏板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行A區(qū)基坑施工,待A區(qū)逐步拆撐,并施工主體結(jié)構(gòu)至地面標(biāo)高后,進(jìn)行B區(qū)基坑施工?？刂浦行腁區(qū)、B區(qū)基坑具體施工工序如下:

(1)筏板及控制中心A區(qū)基坑施工具體順序?yàn)?

施工步1:施作上跨區(qū)間筏板及其支承樁。

施工步2:控制中心A區(qū)一期基坑施工。

施工步3:控制中心A區(qū)二期基坑開挖,并在臨近區(qū)間結(jié)構(gòu)6m范圍內(nèi)預(yù)留反壓土。

施工步4:控制中心A區(qū)二期基坑進(jìn)行剩余反壓土體開挖,挖至第一道支撐0.5m處,架設(shè)第一道支撐。

施工步5:控制中心A區(qū)二期基坑開挖至第二道支撐0.5m處并架設(shè)第二道支撐。

施工步6:控制中心A區(qū)二期基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

施工步7:控制中心A區(qū)二期基坑施作地下二層側(cè)墻、立柱及架設(shè)豎向斜撐。

施工步8:控制中心A區(qū)二期基坑拆除第二道支撐,施作地下二層立柱、中板并進(jìn)行回填。

施工步9:控制中心A區(qū)二期基坑拆除第一道支撐,施作地下一層立柱、中板,拆除豎向倒撐并進(jìn)行回填。

(2)控制中心B區(qū)基坑施工具體順序?yàn)?

施工步10:控制中心B區(qū)基坑開挖至第一道支撐以下0.5m處,架設(shè)鋼支撐。

施工步11:控制中心B區(qū)基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

施工步12:控制中心B區(qū)基坑拆除鋼支撐,施作側(cè)墻及頂板至自然地面。

(3)筏板上施加樓荷載(施工步13)。

5 模型建立

5.1 模型假定

(1)采用彈塑性計(jì)算模型;(2)采用均一地層,巖土體的變形是各向同性的;(3)初始地應(yīng)力的計(jì)算只考慮初始自重應(yīng)力,未考慮構(gòu)造應(yīng)力;(4)隧道開挖后土體應(yīng)力瞬間釋放;(5)隧道的受力和變形是平面應(yīng)變問題;(6)不考慮地下水影響。

5.2 力學(xué)參數(shù)

(1)巖土層力學(xué)參數(shù)

表1 巖土層力學(xué)參數(shù)表

滂江街控制中心A區(qū)、B區(qū)基坑及筏板所處地層如圖3所示。

圖3 控制中心A區(qū)基坑、筏板及控制中心B區(qū)地層剖面圖(單位:m)

(2)結(jié)構(gòu)參數(shù)

表2 結(jié)構(gòu)參數(shù)表

圍護(hù)樁尺寸需按照抗彎剛度轉(zhuǎn)化為均質(zhì)板,各種形式圍護(hù)樁等效板厚度見表3。

表3 圍護(hù)樁簡化板厚表

(3)設(shè)計(jì)荷載

作用在筏板上的樓荷載為53.46kPa。

5.3 計(jì)算模型

模型由控制中心A區(qū)基坑、B區(qū)基坑、筏板結(jié)構(gòu)、既有隧道結(jié)構(gòu)及周圍地層組成?？刂浦行腁區(qū)基坑分兩期開挖,一期基坑占地面積較大,模型中僅考慮距離隧道50m范圍內(nèi)的部分。模型寬度105m,高度30m,縱向長度90m,網(wǎng)格劃分采用四面體單元,單元總數(shù)為79131個。在模型底部施加豎向約束,模型四個側(cè)面分別施加垂直于側(cè)面方向的水平位移約束,如圖4所示。

圖4 計(jì)算模型

5.4 監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置

選取既有隧道6個斷面(①～⑥)進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形分析,每個斷面設(shè)置4個監(jiān)測點(diǎn)(拱頂,左、右邊墻,仰拱)。

6 結(jié)構(gòu)變形計(jì)算結(jié)果及分析

既有結(jié)構(gòu)二次襯砌各監(jiān)測斷面位移隨施工步的變化規(guī)律如圖5、圖6所示。

圖5 左邊墻、右邊墻水平位移變化規(guī)律

圖6 拱頂、仰拱豎向位移變化規(guī)律

(1)襯砌水平位移

監(jiān)測點(diǎn)在各施工階段的水平位移見表4。

表4 各施工階段水平位移統(tǒng)計(jì)表 單位:mm

當(dāng)控制中心A區(qū)二期基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高(S6)時,既有結(jié)構(gòu)各監(jiān)測點(diǎn)水平位移達(dá)到峰值,其中:④號斷面右邊墻的水平位移最大,為1.81mm?？刂浦行幕邮┕?既有結(jié)構(gòu)各監(jiān)測點(diǎn)水平位移的方向均朝向控制中心A區(qū)基坑。既有隧道右線監(jiān)測點(diǎn)水平位移均大于左線,監(jiān)測點(diǎn)各施工階段水平位移均未超過安全評估控制標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

(2)襯砌豎向位移

拱頂、仰拱豎向位移變化規(guī)律見圖6。

監(jiān)測點(diǎn)在各施工階段的豎向位移如表5所示。

表5 各施工階段豎向位移統(tǒng)計(jì)表 單位:mm

控制中心基坑開挖,既有結(jié)構(gòu)監(jiān)測點(diǎn)豎向位移均為下沉,當(dāng)在筏板上施加樓荷載時,既有結(jié)構(gòu)各監(jiān)測點(diǎn)下沉量達(dá)到最大值。各施工階段,既有結(jié)構(gòu)監(jiān)測點(diǎn)豎向位移最大沉降值為0.67mm,均未超過安全評估控制標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

7 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果及分析

各施工步既有結(jié)構(gòu)彎矩最大值對應(yīng)的軸力值及結(jié)構(gòu)所需配筋情況如表6所示。

表6 既有結(jié)構(gòu)內(nèi)力統(tǒng)計(jì)表

控制中心基坑施工,既有結(jié)構(gòu)彎矩最大值在0.55～1.28kN·m,根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋驗(yàn)算,既有結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)配筋情況滿足正常使用要求。

8 結(jié)論

(1)控制中心基坑施工,既有結(jié)構(gòu)左線水平位移最大值為1.41mm,右線水平位移最大值為1.89mm;既有結(jié)構(gòu)左線沉降最大值為0.67mm,右線沉降最大值為0.66mm,右線隆起最大值為0.07mm。既有結(jié)構(gòu)的水平位移和豎向位移均未超過安全評估控制標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

(2)控制中心基坑施工,既有結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)配筋情況滿足正常使用要求。

(3)滂江街控制中心基坑施工須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行,基坑開挖一層支護(hù)一層,及時施作坑內(nèi)支撐。施工期間需加強(qiáng)對新建基坑和既有結(jié)構(gòu)的監(jiān)測,確保地鐵運(yùn)營及施工安全。