既有鐵路旁深基坑理論計算與監測數據比較

郭 磊

1 工程概況及施工情況介紹

1.1 工程概況

新建滬青平公路立交橋是虹橋交通樞紐的組成部分，該工程設計為上跨小淶港之后連續下穿既有滬昆鐵路、滬寧城際鐵路上下行聯絡線、預留滬杭城際線、高速鐵路101專用線、高鐵正線出地面，其中，滬青平公路穿越鐵路區域為京滬高鐵虹橋樞紐的重要組成部分。該公路下穿既有滬杭鐵路地道分為南北兩幅，總長680 m。滬青平公路下穿既有滬杭鐵路為頂進框架橋，下穿新建南聯絡線及高鐵為現澆框架橋，其余地段為U形槽結構。

滬青平公路下穿既有滬杭鐵路，滬杭鐵路本地段是雙線電氣化鐵路，運輸繁忙，施工中對既有鐵路的防護是該工程的重難點，防護工作的重要組成部分就是保證頂進基坑的穩定。

滬青平框架中橋頂進工程基坑由兩部分組成:1)頂進工作坑(分南北兩個);2)引道基坑(分南北兩個引道)。其中北頂進工作坑寬25.6 m，長約76.1 m，南頂進工作坑寬25.6 m，長約 75.9 m，南北工作坑開挖深度均約10.2 m，采用鉆孔樁圍護加攪拌樁止水帷幕。該工程周邊環境和頂進工作基坑的設計情況見圖1，圖2。

1.2 工程周邊環境

頂進工作基坑范圍內的地基土屬第四紀中更新世Q2至全新世Q4沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土和砂土組成，具水平層理，圍護樁穿越①～⑨地層，各地層的物理力學指標見表1。

表1 頂進基坑范圍內土層分布情況及力學參數

1.3 施工情況簡介

施工順序如下:1)工作坑地基加固及基坑圍護(歷時3.5個月);2)便梁支墩及橫系梁(歷時1.0個月);3)基坑開挖及支撐(歷時1.0個月);4)主框架預制及養護(歷時 1.5個月);5)框架頂進(歷時0.5個月)。在基坑圍護結構施工的工程中，我們同步預埋了測試元件。

2 基坑理論計算

基坑理論計算包括:整體穩定檢算、墻體抗隆起檢算、抗管涌檢算、地表沉降計算、圍護結構水平位移計算、圍護結構內力計算、支撐內力計算。其中，圍護結構的水平位移過大，會引發圍護結構后地面的下陷、相鄰建筑物和地下管線的變形或開裂。

2.1 圍護樁水平位移

樁板式樁圍護結構水平位移的計算比較復雜，在這里是通過基坑計算軟件計算的，采用的是經驗公式法和有限元法，通過計算，最大的水平位移值為20.6 mm，理論計算位移包絡圖如圖3所示。

2.2 周圍地表沉降

采用三種理論計算了地表沉降，計算值見表2。

3 基坑現場監測數據

根據本工程的要求、周圍環境、基坑本身的特點，本工程基坑實施了以下監測:1)基坑圍護及支護結構監測:圍護結構頂部沉降和水平位移監測;圍護結構深層側向位移(即測斜)監測;支撐軸力監測;坑外水位監測。2)周邊環境監測:周邊地下管線變形監測;鐵路路基變形監測;便梁支墩垂直位移監測。

表2 周圍地表沉降計算結果表 mm

3.1 圍護樁水平位移

現場北端基坑共設置測斜點14個，根據監測累計位移最大值都發生在第二道支撐拆除時，現場監測值如表3所示。

表3 圍護樁水平位移監測成果表 mm

3.2 周圍地表沉降

現場北端基坑共設置地表沉降觀測點6個，其中DB1，DB2是和理論計算模式相對應的，根據監測累計位移最大值同樣都發生在第二道支撐拆除時，現場監測值如表4所示。

表4 周圍地表沉降監測成果表 mm

4 理論計算與現場監測數據分析比較及結論

4.1 圍護樁水平位移

通過理論計算圍護樁水平位移最大值為20.6 mm，現場監測最大值為27 mm，現場實際值略大于理論計算值，說明:1)理論計算能完全模擬實際施工狀態;2)現場監測值表明在拆除第二道支撐前，圍護樁水平位移都小于17 mm，位移累計最大值都發生在第二道支撐拆除時。因此，在同類基坑施工時，拆除第二道支撐的時機掌握很重要，一定在底板澆筑完產生100%強度，并確保傳力帶實施完畢后再進行。

4.2 周圍地表沉降

通過現場監測，地表沉降最大值為22 mm，比照理論計算值，發現同濟拋物線模式比較好的模擬了現場施工狀態，其他兩種計算方法的理論計算值都偏大。地表沉降最大值也發生在第二道支撐拆除時，因此同樣要注意掌握拆撐的時機。

[1] 劉建航，侯學淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1999.

[2] 龔曉南，高有潮.深基坑設計施工手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1998.