淺談某污水處理廠明挖基坑臨近既有地鐵車站的影響評估

江冬飛

摘 要 針對目前某污水處理廠明挖基坑臨近已營運軌道交通地鐵車站，文章從實踐角度出發，分析了污水處理廠明挖基坑施工對已營運軌道交通地鐵車站的影響進行了評估，經數值模擬計算得到，擬建項目基坑開挖階段導致“既有地鐵車站”結構的最大水平、豎向位移，滿足地鐵車站安全運營的變形標準，現有設計方案可行。

關鍵詞 地鐵車站;某污水處理廠;數值模擬

1項目概況

“擬建項目”明挖基坑臨近既有地鐵車站，共4處基坑，其中“基坑B”在既有地鐵車站安全影響范圍內，需分析其施工對地鐵車站的影響。

“基坑B”呈矩形，南北向約42.60m，東西向約36.10m，基坑底標高為-9.30m，基坑最大開挖深度為9.60m（相對于現狀地面標高23.00m），其中，靠近既有地鐵車站一側基坑開挖深度為9.6m。

2工程水位地質

擬建場地地貌單元屬于剝蝕堆積壟崗區（相當于長江沖洪積III級階地）。場地地層依據年代成因及巖性差異可自上而下劃分為六個單元層，即：第（1）單元層為人工填土層（Qml）及淤泥層（Ql）;第（2）單元層為第四系全新統沖積（Q4al）一般黏性土層;第（3）單元層為第四系上更新統沖洪積（Q3al+pl）老黏性土及黏土夾碎石層;第（4）單元層為第四系殘積（Qel）黏性土及紅黏土層;第（5）單元層為二疊系（P）硅質巖;第（6）單元層為二疊系（P）碳質泥巖。

在本次勘察揭露深度范圍內，場地地下水類型主要為上層滯水和基巖裂隙水兩種類型。

上層滯水主要賦存于（1）單元層填土層中（含淤泥），主要接受大氣降水和地表水及周邊生產生活用水的滲透補給。

基巖裂隙水主要為碎屑巖裂隙水。碎屑巖裂隙水主要賦存于場地（5）層、（6）層硅質巖及碳質泥巖的風化裂隙及構造裂隙中。

3擬建項目與地鐵車站的位置關系

“基坑B”位于既有地鐵車站Ⅱ號出入口的西側，其基坑邊緣距離既有地鐵車站Ⅱ號出入口邊墻外側的最小距離約為8.5m，“基坑B”的圍護結構形式為：放坡卸載平臺，下階采用支護樁+桁架混凝土支撐支護形式。“基坑B”與既有地鐵車站相互關系詳見圖1-2。

根據《城市軌道交通結構安全保護技術》CJJ/T202-2013表A.0.1，外部作業的接近程度判定為較接近;根據《城市軌道交通結構安全保護技術》CJJ/T202-2013表A.0.2-2，外部作業的工程影響分區為一般影響區[1]。

4變形控制值

依據行業標準《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（CJJ/T 202-2013）[2]，并參考以往工程項目并結合本項目的具體情況，綜合考慮原施工誤差因素，確定既有軌道交通地鐵車站由“擬建項目”基坑施工引起的結構及軌道變形必須滿足以下要求：

（1）車站及附屬結構變形控制標準。①車站主體、出入口結構絕對沉降量≤10 mm，變化速率<1mm/d;②車站主體、出入口結構上浮量、絕對水平位移量≤5 mm，變化速率<1mm/d;③車站主體、出入口結構差異沉降量<0.04%L。

車站主體、出入口結構變形量的預警值、警戒值分別為上述控制值的70%、80%。

（2）軌道變形控制標準。①軌道豎向變形±4mm，兩軌道橫向高差<4mm;②水平及水平三角坑高低差<4mm/10m。

5數值模擬分析

根據“擬建項目”與既有軌道交通地鐵車站的結構形式及其相互位置關系，利用邁達斯有限元分析軟件建立數值計算模型，分析“擬建項目”施工階段對地鐵車站的影響。

5.1 模型建立

擬建“基坑A”開挖深度9.55m，采用φ1.0m@1.3m鉆孔灌注樁+一道砼支撐+放坡的支護結構體系。本計算斷面從地面往下，地層依次為1-3素填土、1-1a碎石、4-3紅黏土、7-2石灰巖。

采用一維梁單元模擬圍護樁、混凝土支撐、土釘、噴射砼等，單元截面形狀及大小按實際施工圖的尺寸確定。通過設置一維單元的間距，實現一維單元截面剛度的平面等效。最終實現圍護樁、土釘、混凝土支撐等構件力學行為的平面模擬。

選取二維平面應變單元模擬土層、Ⅱ號出入口頂底板及側墻。

5.2 分析步設置

為準確模擬基坑施工過程對Ⅱ號出入口的影響，本報告數值模型分析步的設置如下：

分析步1：地應力平衡（在考慮重力荷載及地面超載等先期荷載的作用下，完成內力計算，軟件自動平衡地層變形，要求在本分析步完成后，地層變形量小于10-5m）;

分析步2：Ⅱ號出入口施工（移除出入口范圍內土體，激活Ⅱ號出入口圍護樁單元，轉換Ⅱ號出入口位置平面應變單元屬性，位移清零）;

分析步3：擬建項目圍護樁施工（激活擬建項目圍護樁單元，施加基坑周邊施工荷載）;

分析步4：擬建項目放坡開挖（移除放坡開挖范圍內土體，激活噴射砼、土釘、砼支撐等一維梁單元）;

分析步5：逐步開挖至基坑底標高（移除開挖范圍內剩余土體單元）。

5.3 計算結果及分析

通過計算分析顯示，基坑施工完成后，地層水平位移主要出現于基坑側壁及放坡坡頂范圍。基坑側壁地層最大的水平位移量為2.6mm，放坡坡頂土層最大水平位移為3.77mm。地層豎向位移表現為基坑底的隆起。基底隆起量最大值為6.5mm。Ⅱ號出入口最大水平位移約為0.76mm，Ⅱ號出入口最大豎向位移約為0.68mm。“基坑B”施工對既有地鐵車站Ⅱ號出入口影響較小。

既有地鐵車站Ⅱ號出入口水平和豎向變形量均小于相應的控制限值且小于警戒值，方案可行。

6結束語

通過前述分析，擬建結構對地鐵區間的影響評估結論及建議主要如下：

①“擬建項目”基坑B鄰近“既有地鐵車站”采用φ1.0m@1.3m鉆孔灌注樁+一道砼支撐+放坡的支護結構體系，經數值模擬分析計算，基坑開挖引起“既有地鐵車站”Ⅱ號出入口水平和豎向變形量均小于相應的控制限值且小于警戒值，方案可行。②“擬建項目”基坑不需降水，對“既有地鐵車站”無降水的影響。③“擬建項目”基坑鄰區間側的肥槽內，應回填密實，確保結構回筑階段側墻與圍護之間傳力可靠。④為確保鄰近的軌道交通結構的安全，擬建項目樁基施工中應采取泥漿護壁等有效的技術措施防止塌孔。

參考文獻

[1] 李延，漆泰岳，雷波，等.地鐵車站結構設計中空間效應的影響[J].現代隧道技術，2015，52（5）：138-144.

[2] 城市軌道交通結構安全保護技術規范：CJJ/T 202-2013[S].北京：中國建筑工業出版社出版，2013.