地鐵車站深基坑臨近鐵路橋設計方案探討

文/王楓 中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600

近年來，城市軌道交通發展迅速，城市大量修建地鐵。地鐵的建設經常會受到城市既有環境及線路走向的制約，不可避免的對周邊建（構）筑物產生影響或受到制約，存在車站臨近橋梁修建的情況。明挖車站在修建的過程中，由于基坑開挖引起的變形會影響到附近橋樁的安全性，在基坑設計時必須要考慮基坑開挖對既有橋樁的影響。如何在地鐵工程建設中保證車站及既有橋梁的安全已是一個十分重要的課題。本文以成都地鐵犀浦站作為工程實例，對車站深基坑臨近鐵路橋設計方案進行探討，為后續類似工程提供參考經驗。

1、工程概況及周邊環境

成都地鐵6號線犀浦站為地下二層島式車站，與既有地鐵2號線及成灌高鐵犀浦站（高架站臺地面站廳）換乘。地鐵6號線犀浦站基坑長275m、寬21.5m～30m、開挖深度基坑深21m，安全等級為一級。基坑大里程端頭臨近成灌高鐵高架橋，基坑與鐵路橋承臺最小距離約12m。鐵路橋基礎采用Φ1250摩擦樁，樁長31m，橋梁采用30m跨簡支混凝土箱梁，鐵路道床為無碴整體道床。基坑支護方案設計需考慮基坑開挖對成灌高鐵橋的不利影響，確保基坑施工期間橋梁安全及成灌高鐵正常運營。

圖1 車站與高架橋平面圖

2、 水文地質概況

由巖土工程勘察報告可知，該工程施工場地范圍內，地下水靜止水位埋深3.5m，水位絕對標高為529.88～530.29m。本工程場地范圍地下水主要為第四系砂卵石層孔隙潛水。第四系砂、卵石層孔隙潛水在沖洪積細砂<2-4>及卵石層<2-9>地層中連續分布。砂層水量一般，富水性中等，透水能力中等；卵石層水量較大，富水性中等，透水能力強。場地范圍內上覆第四系人工填土層（Q4ml）、其下為第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl），地層由上至下分別為<1-1>雜填土、<1-2>素填土、<2-2>粉質黏土、<2-4>細砂層、<2-9-1>松散卵石、<2-9-2>稍密卵石層、<2-9-3>中密卵石層、<2-9-4>密實卵石層。

3、基坑支護方案

支護方案的選擇，應充分考慮場地條件、地質條件、施工能力及建筑材料，做到安全、經濟、高效，有利于施工。根據本地區地鐵車站基坑設計經驗，砂卵石地層多采用間隔樁+內支撐支護體系，同時結合坑外降水，是較為安全、經濟、便捷的基坑支護方式。由于本基坑臨近鐵路橋且基礎采用摩擦樁，充分考慮降水對橋樁的影響及鐵路相關部門意見，本基坑分為兩段，分別采用了咬合樁+內支撐+坑內降水/間隔樁+內支撐+坑外降水兩種支護型式。詳見圖2 基坑平面布置圖。

施工順序：28～33軸臨近鐵路橋基坑先進行施工，待該范圍主體結構澆筑完成后再對1～28軸范圍基坑進行開挖及主體結構澆筑。

圖2 基坑平面布置圖

3.1 基坑1～28軸（間隔樁）

圍護樁采用φ1200@2000鉆孔樁，圍護樁嵌固深度4m，樁間土采用150mm厚C20網噴砼封閉，基坑中部設格構柱。基坑深21m，豎向共設置三道支撐，第一道支撐采用800×800砼支撐，支撐水平間距9m，第二、三道支撐采用φ609×16鋼支撐，支撐水平間距3.0m。施工中采用坑外降水。

3.2 基坑28～33軸（咬合樁）

圍護樁采用φ1200@900全套管咬合樁，其中圍護樁鋼筋籠采用@1800間隔布置，圍護樁嵌固深度9m，基坑中部設格構柱。基坑深21m，豎向共設置三道支撐，第一道、第二道支撐采用800×800砼支撐，支撐水平間距5m，第三道支撐采用φ609×16鋼支撐，支撐水平間距3.0m。施工中采用坑內降水。基坑端頭至橋樁之間土體采用袖閥管注漿加固，加固深度至基坑底以下3m。

4、計算分析

4.1 咬合樁圍護計算

本基坑圍護結構采用北京理正深基坑支護結構設計軟件進行計算。圍護結構受力計算模擬開挖及回筑施工全過程，開挖和回筑過程按基坑內降水至基底下1m考慮。葷素咬合樁安排樁進行計算較為保守，偏于不經濟，但考慮到本工程涉及對高速鐵路橋的影響，因此出于安全考慮仍安排樁進行計算。根據計算，圍護樁最大水平位移11.27mm，地表沉降最大12mm，滿足地面最大沉降量≤0.15%H，支護結構最大水平位移≤0.15%H且≤30mm的要求；流土穩定性安全系數K = 2.497 >1.6,滿足規范要求。

圖3 圍護結構內力圖

圖4 地面沉降圖

4.2 鐵路橋沉降分析

本工程采用地層結構荷載模型，以Midas GTS NX有限元計算軟件建立模型，對基坑施工開挖支護過程引起橋梁沉降變形進行模擬分析。

圖5 橋梁水平位移簡圖

圖6 橋梁豎向位移簡圖

根據計算結果顯示車站基坑圍護樁最大水平位移14.8mm；橋樁最大水平位移1.04mm，豎向位移1.07mm，最大差異沉降差0.5mm，滿足相關要求。

結論：

（1）基坑鄰近橋梁，應根據橋梁結構型式、基礎型式等，應充分考慮施工降水對橋梁的沉降影響，對沉降敏感的橋梁基坑施工期間盡量采用止水措施。

（2）砂卵石地層為強透水層，通常采用降水施工，但根據工程需要需采用止水時，可采用咬合樁懸掛式帷幕進行止水。

（3）圍護樁與橋樁之間土體加固后，減小了圍護樁及橋樁的位移，有效的保護了橋樁安全。

（4）車站主體基坑分別采用了兩種圍護結構型式，車站分段施工，既確保了鐵路橋安全，又充分考慮了工程經濟性、施工便利性，為后續類似工程提供了參考。