近鄰復(fù)雜建筑物的地鐵車站施工安全管控措施研究

吉力此且

1成都理工大學(xué)（610059）2四川開(kāi)放大學(xué)（610073）

0 前言

近10年，我國(guó)各大中城市的建設(shè)飛速發(fā)展，作為以地鐵為主要代表的軌道交通正在各大城市加快建設(shè)。地鐵以快捷、環(huán)保的運(yùn)營(yíng)方式解決了大城市人們出行難的問(wèn)題。近鄰城市地下車站的建筑物基礎(chǔ)周圍巖層在前期施工中已被擾動(dòng)，若新建地鐵車站施工引起周邊既有建（構(gòu)）筑物變形過(guò)大，則對(duì)既有建（構(gòu)）筑物、人們的生命財(cái)產(chǎn)等安全造成嚴(yán)重威脅。隨著各地城市軌道交通規(guī)劃和建設(shè)速度的加快，新建的地鐵車站不可避免地對(duì)近鄰既有建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生影響。

蔣巋松[1]、王安東[2]、王洪林[3]、姜越[4]等針對(duì)我國(guó)城市軌道交通施工進(jìn)行了安全風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)踐與探索，提出了一些關(guān)于城市軌道交通工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施，但研究范圍過(guò)大，針對(duì)性和可操作性不強(qiáng)，且有關(guān)研究也缺少工程實(shí)例驗(yàn)證。多數(shù)類似課題研究主要以山嶺隧道等工程經(jīng)驗(yàn)推出相應(yīng)的城市地鐵安全管控措施，與城市地鐵車站安全管控的實(shí)際情況有一定差距。

1 安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

目前我國(guó)正處在前所未有的城市軌道交通建設(shè)高峰之中，但在地鐵工程建設(shè)過(guò)程中，由于地下工程水文地質(zhì)條件、建設(shè)中的技術(shù)方案和機(jī)械設(shè)備、周邊環(huán)境（包括建筑物、道路和地下管線近接性）具有復(fù)雜性和不確定性。特別是在中心城區(qū)的地鐵建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)因素首當(dāng)其沖要考慮的是，在整個(gè)建設(shè)周期過(guò)程中如何保證周邊建（構(gòu)）筑物和已開(kāi)通線路運(yùn)營(yíng)的安全，這是整個(gè)工程中最具挑戰(zhàn)性的。

根據(jù)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范（GB 50652—2011）》[5]規(guī)定，采用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則:

本例地鐵車站施工安全管控以工程建設(shè)階段、規(guī)模、重要程度及風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)等制定安全管控風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

按照標(biāo)準(zhǔn)以長(zhǎng)度在10 km以上的城市地鐵單條線路為基本單位制定工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可采用頻率或概率來(lái)表示，詳見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)險(xiǎn)損失等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按損失的嚴(yán)重性程度劃分五級(jí)，詳見(jiàn)表2。

表2 風(fēng)險(xiǎn)損失等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性、風(fēng)險(xiǎn)損失，將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為四級(jí)，詳見(jiàn)表3。

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)處置原則及控制方案，相應(yīng)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則符合表4規(guī)定。

表4 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

2 地鐵車站與既有建（構(gòu)）筑物的相互關(guān)系

以成都地鐵8號(hào)線成華大道站為例，該車站位于二環(huán)路東三段道路東側(cè)，島式車站，南北布置，雙柱三跨地下三層箱型框架結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段寬度22 m，總長(zhǎng)195 m。

2.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

地層自上而下依次為雜填土、黏土、稍密至中密卵石、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、最下層為中風(fēng)化泥巖。車站地下三層側(cè)墻部及以下均在中風(fēng)化泥巖中。地下水和場(chǎng)地土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)均無(wú)侵蝕性[6]。

2.2 地鐵車站主體與近鄰建（構(gòu)）筑物關(guān)系

地鐵車站東側(cè)為仁和苑小區(qū)7層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓，房屋外挑窗戶距車站主體結(jié)構(gòu)邊線2.11 m，距車站D號(hào)出入口1.74 m。東景麗B區(qū)12層框架結(jié)構(gòu)商住樓，帶一層地下室，基礎(chǔ)采用高壓旋噴復(fù)合地基基礎(chǔ)，距車站主體結(jié)構(gòu)外邊線2.04 m，如圖2所示。西側(cè)近鄰二環(huán)高架橋主橋，該段高架橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制混凝土箱梁，跨度為25 m簡(jiǎn)支梁，雙柱門(mén)架墩，摩擦型嵌巖鉆孔灌注樁，中間橋墩樁徑1.5 m，西側(cè)墩樁徑1.2 m，樁長(zhǎng)32 m，嵌入中風(fēng)化泥巖層約3.5 m。車站主體圍護(hù)樁距離高架橋及主橋樁基1.15 m，距離橋臺(tái)0.65 m。

3 近鄰周邊建（構(gòu)）筑物地鐵車站安全管控措施

成都地鐵8號(hào)線成華大道站安全管控措施，根據(jù)城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范中關(guān)于相應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)采取的管控措施，結(jié)合成都地鐵工程施工中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)近鄰地鐵車站的既有橋梁及房屋建（構(gòu)）筑采取相應(yīng)的措施予以管控[7]。

3.1 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管控措施

3.1.1 近鄰既有二環(huán)高架橋

二環(huán)高架橋?yàn)楹?jiǎn)支小箱梁結(jié)構(gòu)，橋高最低約7.14 m，樁基為1.2 m或1.5 m的摩擦型鉆孔灌注樁，K匝道樁長(zhǎng)20 m，主橋樁長(zhǎng)32 m，樁基均深入巖層，既有主橋樁距離地鐵車站主體圍護(hù)樁0.7 m。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為Ⅰ級(jí)，殘留風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為II級(jí)。

3.1.2 近鄰既有仁和苑居民樓

仁和苑居民樓為3棟7層磚混結(jié)構(gòu)的住宅樓，基礎(chǔ)為長(zhǎng)9 m樁基，既有住宅樓基礎(chǔ)距離新建地鐵車站主體圍護(hù)樁基坑2 m，距離B號(hào)出入口基坑2.3 m。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為I級(jí)，殘留風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為II級(jí)。

3.1.3 近鄰既有東景麗苑B區(qū)商住樓

東景麗苑B區(qū)商住樓為1層地下室，埋深約4.1 m，筏板基礎(chǔ)，高壓旋噴樁復(fù)合地基，樁徑700 mm，樁間距小于1.4 m×1.2 m，樁基長(zhǎng)為7～9 m，樁底進(jìn)入中密卵石層500 mm，車站主體圍護(hù)樁距離既有建筑地下室外墻約1.09 m。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為Ⅱ級(jí)，殘留風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為III級(jí)。

根據(jù)以上近鄰新建車站的既有建（構(gòu)）筑實(shí)際，采取的管控措施為圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2@1.8 m的鉆孔灌注樁,支撐體系采用樁+內(nèi)支撐體系，5道支撐，第1道為臨時(shí)鋼管撐，第2、4道支撐為鋼筋混凝土支撐，其余均為鋼管支撐，坑外降水，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。車站結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁成樁前對(duì)既有高架橋橋墩四周進(jìn)行注漿加固。橋下車站結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁采用人工挖孔，以減小對(duì)既有橋梁樁基土體的擾動(dòng)。

3.2 近鄰地鐵車站既有建（構(gòu)）筑物保護(hù)措施

3.2.1 近鄰車站的二環(huán)高架橋結(jié)構(gòu)保護(hù)措施

根據(jù)既有高架橋距離新建地鐵車站距離，按照6 mm的允許位移對(duì)車站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加強(qiáng)處理，并在承臺(tái)下圍護(hù)樁內(nèi)設(shè)置測(cè)斜管對(duì)橋梁位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。既有高架橋基礎(chǔ)保護(hù)及新建車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行。圍護(hù)樁成樁過(guò)程如圖1所示。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用半蓋挖頂板兼做第1道支撐+3道鋼支撐+1道混凝土支撐圍護(hù)形式。另外在基坑開(kāi)挖時(shí)，采用鋼管隔離樁將橋墩與周邊土體隔離，采用袖閥管在樁間進(jìn)行注漿處理。

圖2 主體基坑近二環(huán)高架橋橋樁段圍護(hù)樁施工順序圖

3.2.2 基坑?xùn)|側(cè)仁和苑小區(qū)基礎(chǔ)保護(hù)措施

仁和苑小區(qū)為7層磚混結(jié)構(gòu)，基坑距離房屋外挑結(jié)構(gòu)最小距離2.11 m，基礎(chǔ)為淺基礎(chǔ)。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮其房屋荷載。對(duì)房屋基礎(chǔ)周圍預(yù)埋注漿管，在施工期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，跟蹤注漿。

3.2.3 基坑?xùn)|側(cè)東景麗苑B區(qū)商住樓基礎(chǔ)保護(hù)措施

東景麗苑B區(qū)商住樓為12層框架結(jié)構(gòu)，有一層地下車庫(kù)，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，地基為高壓旋噴樁復(fù)合地基，高壓旋噴樁樁徑700 mm。主要保護(hù)措施如下:對(duì)靠近房屋處的圍護(hù)樁進(jìn)行加密，采用Φ1 200@1 800 mm的鉆孔樁，以增加樁的剛度，減小變形。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用蓋挖頂板兼做第1道支撐+3道鋼支撐+1道混凝土支撐的支護(hù)形式。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取袖閥管跟蹤注漿技術(shù)。

4 施工中對(duì)近鄰既有建（構(gòu)）筑物的影響數(shù)值模擬分析

運(yùn)用Midas GTS軟件，采用二維地層結(jié)構(gòu)模型，模型寬度兩側(cè)各取基坑寬的三倍，地層模型兩邊網(wǎng)格采用限制水平位移的約束。該模型能滿足無(wú)限土層模型的假設(shè)，在保證數(shù)值計(jì)算精度的前提下有效地控制了模型規(guī)模和提高數(shù)值分析速度[8]。

4.1 基坑近鄰建（構(gòu)）筑物影響分析

對(duì)深基坑鄰近7層建（構(gòu)）筑物進(jìn)行數(shù)值模擬分析。計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 計(jì)算模型

從圖3、4的計(jì)算模型數(shù)值分析:近鄰基坑側(cè)建筑基礎(chǔ)最大沉降量為3.9 mm，地表最大沉降為12 mm，最大水平位移為16.5 mm，房屋變形滿足相關(guān)規(guī)范要求。

圖3 施工完成后豎向位移

圖4 施工完成后水平位移

4.2 車站施工對(duì)近鄰二環(huán)高架橋的影響分析

二環(huán)高架橋橋面寬32.5 m，橋下凈高7.41 m。根據(jù)8號(hào)線成華大道口站與橋梁設(shè)計(jì)單位協(xié)調(diào)，共用樁允許位移6 mm。

從圖5、6的計(jì)算模型數(shù)值分析可知，圍護(hù)樁位移值最大為6.02 mm，地面沉降值最大約為15 mm，根據(jù)二環(huán)高架橋梁設(shè)計(jì)單位要求及相關(guān)規(guī)范要求，二環(huán)高架橋樁基結(jié)構(gòu)水平位移在允許范圍內(nèi)。

圖5 施工完成后總位移

圖6 地表沉降圖

5 結(jié)語(yǔ)

文章以成都地鐵8號(hào)線成華大道站安全管控措施研究為例，針對(duì)最不利的三個(gè)近鄰工況地鐵車站施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管控措施，并運(yùn)用midasgts有限元軟件對(duì)地鐵車站近鄰建（構(gòu)）筑物進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算和分析，驗(yàn)證了所采取安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果及管控措施的有效性和合理性。