基坑開挖對緊貼運營地鐵車站影響的分析及對策

李陽

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東 廣州510030）

1 工程概況

武漢地鐵趙家條站為3、8 號線換乘站，其中8 號線位于武漢市建設大道南側黃浦大街西側，呈南北向布置在趙家條解放軍干休所地塊內，3 號線沿建設大道敷設。3、8 號線分別于2015年和2017 年建成通車運營。8 號線車站與地塊內物業開發結合設置，車站頂板局部范圍帶上蓋6 層裙樓，車站西側為物業開發基坑，基坑面積約6840m2，深度約17.2～19.5m，與8 號線趙家條站共用地連墻。

車站所處地層主要由新近填土、全新統黏性土、砂性土及基巖構成，為長江I 級階地。場地巖土自上而下分布有（1-1）雜填土、（2）素填土、（1-3）淤泥質黏土、（3-1）黏土、（3-2）粉質黏土、（3-5）粉質黏土、粉土、粉砂互層、（4-1）粉細砂、（4-2）粉細砂、（4-2a）黏土夾粉土、（4-3）中粗砂夾礫卵石、（15b-1）強風化砂礫巖、（15b-2）中風化泥砂礫巖。

場區的地下水有上層滯水、孔隙承壓水、基巖裂隙水三種類型。其中孔隙承壓水主要賦存于（3-5）、（4-1）、（4-2）及（4-3）層，含水層滲透性一般隨深度的增加遞增，受側向地下水的補給，與長江水力聯系密切，呈互補關系，地下水位季節性變化規律明顯，水量較為豐富。基巖裂隙水量較小，對工程的影響不大。

圖1 基坑橫剖面圖

根據《軌道交通地下工程建設風險管理規范》及《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（CJJ/T202-2013），基坑工程位于地鐵車站和8 號線區間隧道的強烈影響區，二者之間的相互影響等級為特級。參照國內類似相關工程對地鐵軌道變形的控制標準：車站結構變形控制標準（6mm），襯砌直徑變形量＜3‰D。

2 設計方案

由于基坑東側緊貼運營地鐵車站和區間，均為重點保護對象，因此設計采取了一系列技術措施，以確保基坑施工過程中地鐵結構的安全和運營安全：

2.1 采用剛度較大的支護體系：圍護結構采用具有較大抗側剛度的1m 厚地下連續墻，坑內設置三道混凝土支撐，基坑橫剖面如圖1 所示。

2.2 遵循時空效應原理的設計開挖工況：整個基坑施工劃分為10 個工作區，分區分段開挖土方，待每段開挖至基底標高后及時澆筑底板，方可進入下一塊土方和基礎底板的施工，且緊貼地鐵車站的工作區應跳倉施工。

3 基坑開挖對地鐵影響的計算與分析

3.1 模型參數的選取及模擬步驟

采用PLAXIS 2D 有限元軟件進行巖土工程二維變形和穩定分析，程序包含了2D 動力（Dynamics）模塊和2D 滲流（PlaxFlow）模塊。

選擇板單元來模擬地連墻、樓板，其本構關系為彈性模型，按照工程設計方案輸入截面面積和慣性矩等參數。內支撐采用錨定桿模擬，模型的邊界條件為：模型底部約束Y 方向位移，模型左右兩面約束X 方向位移。

為分析基坑施工導致相鄰的車站及隧道的變化關系，按照施工過程，建立模型分析基坑隧道的變形規律:（1）模型生成初始地應力;（2）生成地鐵結構，并位移清零;（3）生成基坑圍護結構，并位移清零;（4）開挖第1 層土，施加第一道支撐;（5）開挖第2 層土，施加第二道支撐;（6）開挖第3 層土，施加第三道支撐;（7）開挖至基坑底，施工底板。

圖2 開挖結束時結構豎向位移

圖3 開挖結束時結構水平位移

3.2 計算結果分析

基坑開挖結束時結構的豎向和水平位移如圖2、圖3 所示。根據數值模擬分析結果，本項目基坑開挖施工期間，基坑開挖引起的3 號線趙家條站主體結構最大水平位移5.34mm，最大豎向位移5.61mm，地鐵3 號線隧道襯砌最大水平位移1.76mm，最大豎向位移3.96mm；基坑東側地鐵主體車站最大水平位移5.98mm，最大豎向位移2.44mm；計算結果未超過地鐵結構位移控制標準（6mm）。

3.3 監測結果分析

基坑開挖結束時車站監測結果如表1 所示?？梢钥闯?，基坑開挖導致車站最大豎向位移為3.52mm，最大水平位移為4.5mm，小于數值分析結果，同時滿足地鐵結構位移控制標準（6mm）。

表1 車站監測結果

4 結論

4.1 從實施效果來看，采用剛度較大的支護體系和遵循時空效應原理的設計開挖工況確保了基坑周邊既有地鐵運營線路安全，取得了良好的效果。

4.2 采用有限元分析方法能模擬基坑開挖對緊貼運營地鐵車站的影響，較好的指導基坑設計和開挖方案。

4.3 監測數據表明基坑開挖導致了地鐵車站和隧道產生了一定的變形，但變形量小于車站和隧道結構的變形控制標準，可見設計所采取的措施是合理可行的。