基坑非對稱開挖對運營地鐵換乘節點影響的分析

于 鑫

(上海市隧道工程軌道交通設計研究院,上海 200235)

?

基坑非對稱開挖對運營地鐵換乘節點影響的分析

于 鑫

(上海市隧道工程軌道交通設計研究院,上海 200235)

以杭州地鐵城站站為例，分析了5號線地鐵車站基坑非對稱開挖對已運營換乘節點的影響，并從減荷、加約束、預加固等方面，總結了保護運營換乘節點安全的技術措施，以供類似工程借鑒。

基坑，車站，換乘節點，監測數據

0 引言

杭州地鐵城站站為1，5號線換乘車站，換乘方式為十字換乘，1號線為地下2層，5號線為地下3層，根據建設時序，先施工1號線車站及換乘節點，后施工5號線車站。

換乘節點南北兩側5號線基坑原設計方案為“南北兩側對稱開挖，且在1號線運營前完成基坑土方開挖”。因邊界條件變化，現場無法按原設計方案進行5號線南北基坑對稱開挖施工，需先施工南側基坑，再施工北側基坑。

城站站總平面圖見圖1。

5號線車站南北基坑開挖時，運營的換乘節點兩側出現非對稱卸載及加載，節點傳力路徑及結構受力模式發生變化，使已運營車站存在較大安全隱患。

2009年上海市閔行區羅陽路蓮花河畔景苑7號樓整體傾倒事故便是典型的偏載引起建筑基礎破壞，最終引起樓房整體倒覆。

下面以杭州地鐵城站站為例，對5號線地鐵車站基坑支護方案及施工方案進行了探討，并采用Midas GTS軟件建立三維巖土—結構模型對不同方案進行數值分析，總結相關工程經驗，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

杭州地鐵城站站車站位于城站路與西湖大道交叉路口東側站前廣場下方，1，5號線換乘節點已建成并投入使用，換乘節點長60 m，寬24 m，底板埋深23.8 m，換乘節點底板下設兩排抗拔樁，樁徑1 m，樁間距3.2 m，樁長18 m，共計36根。

5號線車站南基坑長38 m，寬24 m，深23.8 m，5號線車站北基坑為L形基坑，長57 m，寬39 m，深23.8 m。南北基坑基底位于⑧1粉質粘土層中，該層土以軟塑為主，局部軟可塑，承載力特征值為110 kPa。南、北基坑圍護結構均采用1.0 m厚地下連續墻，連續墻嵌固深度約22.1 m，插入比為0.93。支撐采用混凝土支撐及鋼支撐相結合的內支撐體系，第一、二、四道支撐采用混凝土支撐，第三、五、六道支撐采用鋼支撐，并設一道倒換支撐。基坑內采用高壓旋噴樁裙邊加固與抽條加固相結合的方式加固地基，加固深度為基底下3 m(見圖2)。

2 工程與水文地質

本工程勘探深度內主要為第四系沖海相、海相及河流相沉積物；下伏基巖為白堊系下統朝川組(K1c)泥質粉砂巖，從上至下分別為：雜填土及淤填土，層厚約3 m；砂質粉土、粉土、粉砂，厚約14.5 m，滲透系數為1.5×10-3cm/s～2.5×10-3cm/s；粘土、粉質粘土，層厚約22 m；圓礫，層厚約12.5 m。

擬建場地淺層地下水屬孔隙性潛水，主要賦存于表層填土及③2～③6層粉土、粉砂中，由大氣降水和地表水徑流補給，地下水位隨季節變化。勘探期間測得鉆孔靜止水位埋深2.4 m～2.9 m。

主要土層的物理力學指標見表1。

表1 土層物理力學指標表

3 既有線保護安全標準

根據運營公司要求及《城市軌道交通結構安全保護技術規范》，對既有線的結構安全控制指標值如表2所示。

表2 安全控制指標表 mm

同時確保運營車站結構在開挖偏載工況滿足承載力極限狀態要求。

4 設計方案及施工方案

非對稱開挖引起換乘節點南側土約束缺失，導致換乘節點向南側變形，引起水平抗力構件(柱、封堵墻、抗拔樁)內力增加，擬通過以下措施減少偏載影響。

1)減荷措施：由于基坑上部19 m范圍內為粉土、粉砂等強透水層，通過降水可減少土層中孔隙水壓力，故在車站北側設置3口降水井，將地下水位降至地面下19 m，減小北側水平荷載。同時在降水井四周設高壓旋噴樁隔水帷幕，避免降水引起周邊構筑物沉降。

2)加約束措施：近換乘節點段卸土后，及時在換乘節點各層板標高處架設支撐，對支撐預加軸力，抵抗北側水平荷載。

3)預加固措施：對換乘節點南側土體進行全斷面旋噴樁加固，水泥摻量20%。加固體寬度為9 m，加固深度為頂板頂至基坑底3 m。待加固土體達到一定強度后開挖南側基坑，提高土體的抗壓強度和土體的側向抗力，減少土體壓縮和地基變形及圍護墻向坑內的位移，充分利用加固體遮擋效應盡量減少非對稱水土壓力對換乘節點處結構的不利作用。

對比不減荷及不加約束、加約束、減荷及加約束三個方案分析非對稱開挖各工況換乘節點構件內力、變形變化情況，確定經濟合理、安全可靠的保護方案。

計算模型如圖3所示。

5 數值分析結果及方案選定

1)水平抗力構件分析結果。

選取柱、抗拔樁等水平抗力構件進行多工況承載力驗算，分析對比結果見表3。

表3 柱承載力驗算對比表

換乘節點圓柱位于節點中部，南側基坑卸載后，分擔的水平荷載較小，原結構柱承載力有一定的富裕，在不采取保護措施的情況下，承載力基本滿足要求。

換乘節點矩形柱位于節點兩側，南側基坑卸載后，分擔的水平荷載較大，在采用一定的保護措施后，承載力可滿足要求。

南側卸載后，抗拔樁變為換乘節點抗滑移樁，原抗拔樁樁徑1 100 mm，箍筋規格為HPB300φ8@100，樁抗極限剪承載力為1 210 kN，不采取保護措施時，最大剪力設計值為3 267 kN,承載力不滿足要求；采用加約束、減荷方案后，最大剪力設計值為1 056 kN,樁抗剪承載力滿足要求(見表4)。

表4 抗拔(滑)樁抗剪承載力驗算對比表 kN

2)變形數據分析結果。

選取軌行區變形驗算進行多工況驗算對比，分析對比結果見表5。

表5 軌行區變形驗算對比表 mm

通過分析可知，當采取“加約束、減荷方案”后，1號線行車軌道底板變形為1.74 mm，滿足1號線地鐵運營要求,計算結果見圖4。

根據工程類比及上述對比分析表明，加約束、減荷方案能滿足既有換乘節點的變形控制及承載力要求，故選擇加約束、減荷方案作為最終實施方案，并輔以南基坑坑內預加固措施作為安全儲備。

6 結論與建議

通過本工程數值計算及后續實施監測數據表明：

1)開挖過程中，換乘節點軌道變形為1.8 mm，變形在允許范圍內，結構未產生超限裂縫，設計采用的保護方案是安全可靠的。2)可通過迎土側減荷或在開挖側換乘節點板標高處增設支撐減少偏載對運營車站的影響。3)換乘節點兩側非對稱開挖時，換乘節點抗拔樁成為主要抗側力構件，因此作者建議換乘節點抗拔樁箍筋設計不宜過小，應有足夠的抗剪能力，換乘節點底板梁可采用下翻梁提高節點抗滑移能力。 4)有條件的情況下，后期基坑可采用蓋挖逆作法施工，最大限度減少已建換乘節點水平變形。5)開挖期間，加強對軌道變形的監測，及時調整軌道扣件，減少軌道兩端變形差，保證運營安全。6)只要采取合適的保護設計方案，在已運營換乘節點兩側進行非對稱開挖是可行的。

[1] 陳 宇.后建基坑緊鄰運營地鐵施工技術分析[J].建筑界，2013(16)：52-54.

[2] 李 博,劉國彬,黃 毅.在已運營地鐵車站超近距基坑開挖幾個問題的探討[J].施工技術，2007，36(sup)：29-31.

[3] 侯學淵,劉建航.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[4] 武 科,高 明，劉金龍.在建地鐵車站對緊鄰既有結構物的影響分析與變形控制措施探討[M].北京：海洋出版社，2015.

Analysis on the influence of foundation pit asymmetric excavation to metro operation transfer nodes

Yu Xin

(ShanghaiRailwayEngineeringRailTransitDesignResearchInstitute,Shanghai200235,China)

Taking the Hangzhou subway station as an example, this paper analyzed the influence of asymmetric excavation of line 5 subway station foundation pit to operation transfer nodes, and from reducing load, addition of constraints, pre strengthening and other aspects, summarized the technical measures for protection of the safety of operation transfer nodes, in order to provide reference for similar engineering.

foundation pit, station, transfer node, monitoring data

1009-6825(2017)06-0104-03

2016-12-14

于 鑫(1981- )，男，工程師

TU463

A