深基坑開挖對臨近高架橋變形影響分析

王庭博

（1.上海勘察設計研究院（集團）有限公司，上海 200438；2.上海巖土與地下空間綜合測試工程技術研究中心，上海 200093）

根據上海市市政行業《城市橋梁、隧道安全保護區域技術標準》，建筑打樁、地下管道頂進、建筑物爆破、基坑開挖等作業屬于安全保護區域內限制作業行為。在安全保護區域內從事限制性施工作業行為時，應根據保護對象的性質以及施工影響程度，進行專項設計，經評審通過，獲得行政許可后方可實施。

對于堆載（或卸載）作業，安全保護區域為橋梁垂直投影面周邊50m 范圍。

1 項目概況

某地鐵站與另一條地鐵線車站通道換乘，主體規模343.8430.0m（內徑），站臺中心處頂板覆土約3.85m，坑底深約17.09m。車站西端頭井（D1 區）位于P 高架匝道下方，底板埋深18.92m。該高架跨度約30m，高架主線采用Φ800 鉆孔灌注樁，樁底標高-47.300m，距離西端頭井圍護結構最近處約6.2m；Y 路立交（y1-2）采用Φ550PHC 管樁，樁底標高-43.200m，距離西端頭井圍護結構最近處約2.1m，車站（D2 區）距離Y 路立交最近約5.8m。

車站基坑位于高架橋梁安全保護區域內，需進行影響評估分析。

2 基坑工程施工影響數值分析

2.1 模型建立

建模考慮鄰近基坑的影響，建立大型三維有限元模型，模型域尺寸為500m×260m×100m，包括地鐵車站基坑（D1～D4 區）和另外臨近基坑B 區和C 區。P 高架橋考慮P98～P105 七跨以及兩側各外延約半跨的范圍，橋梁結構以及承臺加固參照竣工圖紙資料。

模型中地層、橋梁上部結構、承臺采用3D 單元，地墻、底板、地下結構版采用2D 單元，橋樁、基坑立柱、立柱樁、工程樁、支撐、圍凜、梁柱等采用1D 單元，模型單元共計85338 個。模型底部施加固定約束，側向邊界施加水平約束。三維有限元模型及網格剖分見圖2所示，P 高架與各基坑支護結構的模型見圖3所示。

圖1 P 高架與車站基坑相對位置關系

圖2 有限元計算模型

圖3 基坑范圍與P 高架橋模型

2.2 計算模型參數

土體本構模型選用修正摩爾-庫倫模型，模型參數根據勘察報告和規范建議綜合確定。部分土層模型計算參數見表1。基坑圍護結構和高架等構件為混凝土結構，選用線彈性模型。彈性模量取值按混凝土強度等級選取。

表1 有限元計算模型參數

2.3 計算工況

評估基坑開挖對P 高架的影響，此區域屬于群體基坑開挖，故計算分析中需考慮群體基坑開挖的影響。計算工況按照基坑開挖順序設置。考慮基坑開挖全過程，模擬分析中采用多施工步連續計算的方法。在分施工步連續計算中，位移和應力是累加的，上一施工步的位移和應力作為下一施工步的初始狀態?；用繉油灵_挖前水位降至開挖面以下1.0m。

3 結果與討論

3.1 計算結果

圖4和圖5分別為車站圍護結構施工和基坑開挖階段高架結構沉降變形云圖。從圖中可以看出，在車站基坑圍護結構施工階段，鄰近y1-2 和y1-3 承臺最大沉降約-10.9mm；在車站基坑開挖階段，y1-2 和y1-3 承臺最大累計沉降為-7.5mm，基坑開挖造成的臨近P 高架承臺上抬最大約+3.5mm。

圖4 P 高架結構累計豎向變形（車站圍護結構、樁基施工階段）

圖5 P 高架結構累計豎向變形（車站基坑開挖階段）

3.2 變形監測

項目基坑工程施工期間，對P 高架實施監護測量，監護測量從2017年9月14日開始，于2021年1月1日跟蹤期結束。施工期間Y 路立交高架y1-2、y1-3 墩柱，P 高架主線pm102、pm103 墩柱（編號見圖1）監測變形統計于表2。表中沉降變形為正，表示上抬，反之下沉；水平位移為正，表示向基坑側位移。

表2 施工期間高架監測變形統計

圖6為地鐵車站施工期間沉降變形歷時曲線，分析歷時監測數據可知，①西端頭井D1 區基坑開挖期間，承臺沉降變形不明顯，變化量在-1.53mm～+0.86mm，有輕微上抬趨勢；②車站D2 區基坑樁基施工期間，承臺變形不明顯，沉降變化量在-0.81mm～+1.85mm，水平位移變化量在-1.1mm～+1.3mm；③車站D2 區基坑開挖期間，承臺沉降變形呈上抬趨勢，變化量在-0.33mm～+3.88mm；水平向朝基坑側位移，變化量在-2.2mm～+4.5mm。

圖6 車站基坑施工期間沉降變形監測歷時曲線

對車站基坑工程施工P 高架變形監測數據的分析可知，數值計算結果沉降變形趨勢與實測數據較吻合；圍護結構施工引起高架承臺下沉；基坑開挖階段沉降不明顯；D2 區開挖期間，承臺變形呈上抬趨勢（上抬約+3.9mm）。

4 結論

通過對臨近高架橋基坑工程施工數值模擬分析，對其變形影響評估得出以下結論：①在車站基坑圍護結構施工階段，鄰近y1-2 和y1-3 承臺最大沉降約-10.9mm；②在車站基坑開挖階段，y1-2 和y1-3 承臺最大累計沉降為-7.5mm；③基坑開挖造成的臨近P 高架承臺上抬最大約+3.5mm；④數值模擬分析結果與實測數據較吻合，可為類似工程提供變形影響參考。