填海区域基坑施工对既有地铁区间影响浅析

吴劭旸

(铁道第三勘察设计院集团有限公司广东分公司, 广东深圳 518052)

填海区域基坑施工对既有地铁区间影响浅析

吴劭旸

(铁道第三勘察设计院集团有限公司广东分公司, 广东深圳 518052)

深圳前海交易广场地处前海填海区域，属于典型的海积淤泥地层，同时地块内有运营地铁1号线。在复杂的海积淤泥地层条件下进行地铁区间附近的深基坑开挖，控制基坑围护结构体系及地铁区间的稳定是整个工程的重点，也是一大难点。通过对地铁区间两侧基坑的开挖顺序和加固措施进行数值模拟，研究地铁区间位移及衬砌内力变化，得出合理的开挖顺序和加固措施

淤泥地层； 地铁区间； 基坑开挖； 基坑加固

1 工程概况

前海交易广场地块位于深圳市前海深港合作区，位于桂湾三路以南，梦海大道以西，南临卓越、华润前海项目，项目用地总面积7.9×104m2。地块周边主要为既有地铁车站和区间，自西向东分别为11号线前海湾站、5号线前海湾站、1号线前海湾～鲤鱼门区间(图1)。

图1 交易广场地块平面示意

交易广场的地块以地铁1号线隧道前海湾～鲤鱼门站区间为分界线，分为东北角地块和西南角地块。地块现状地表标高约为8 m，地铁1号线前海湾～鲤鱼门站区间隧道埋深位置约为-8 m(图2)。

图2 交易广场地块与前海湾～鲤鱼门区间竖向关系

项目基坑拟为3层，根据和既有1号线区间隧道位置关系分析，负3层基坑底距离隧道顶约1～2 m，负2层基坑底距离隧道顶约5.4 m，负1层基坑底距离隧道顶约9.8 m。

2 数值计算模型

2.1 基坑设计情况

交易广场基坑长约为300 m，宽约为250 m，处于1号线既有隧道的上方。既有隧道的下穿对于基坑的开挖有着更大的难度，减小基坑开挖对既有隧道的影响便成了首要解决的问题。参照《深圳市地铁集团有限公司地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法》的相关规定，地铁线路及车站结构边缘外3 m为用地边界线。交易广场基坑分为3个部分，区间隧道两侧3 m以外负3层基坑和区间隧道上方负1、2层基坑(图3)。

图3 基坑横断面示意

2.2 工程地质参数

通过地勘报告，取基坑岩体及围护结构具体参数如下。

2.2.1 地层参数

从上到下分别为素填土、淤泥、黏土、砂质黏性土、全风化花岗岩。结合地质资料和经验取值，具体岩石力学参数见表1。

2.2.2 围护参数表

基坑围护结构采用钻孔灌注桩，以及旋喷桩作为止水帷幕，同时采用混凝土支撑作为内支撑。钻孔灌注桩单根长23.6 m、截面直径1.2 m的圆形截面，混凝土支撑采用1.2 m×1.2 m的方形截面。支护参数见表2。

表1 岩石力学参数

表2 支护参数

2.3 基坑开挖顺序

考虑该处基坑围绕既有线路分段开挖，结合实际情况，主要可以考虑3种基坑开挖顺序，如表3所示。

2.4 平面有限元模型概况

2.4.1 计算模型建立与网格划分

根据工况资料，分析细化模拟数据，采用平面有限元方法，通过MIDAS GTS建模，计算隧道衬砌在荷载作用下的受力及变形情况。本区段共有5个不同地层，从上到下分别为素填土、淤泥、黏土、砂质黏性土、全风化花岗岩。最长基坑宽为25.5 m，钻孔灌注桩长为23.6 m，因此本模型取宽为99 m、高为50 m的矩形作为框架，具体模型尺寸见图4。

表3 施工步骤

图4 网格划分示意

2.4.2 模拟施工步骤

严格按照实际施工步骤建立模型，模拟施工步骤为：

(1)重力作用下，计算平衡并位移清零；

(2)开挖左侧隧道，并进行管片支护；

(3)开挖右侧隧道，并进行管片支护；

(4)位移清零；

(5)按照3种施工开挖顺序分别进行建模。

3 数值计算结果及分析

3.1 开挖顺序(一)数值计算结果

开挖顺序(一)中，考虑先左侧基坑开挖后右侧基坑开挖，最后开挖中间基坑(图5～图7)。

图5 中间基坑开挖至负2层竖向位移云图(隧道衬砌位移最大值为14.84 mm)

图6 中间基坑开挖至负2层结构弯矩云图(衬砌最大弯矩为97.1 kN·m)

图7 中间基坑底部加固后竖向位移云图(衬砌最大隆起为6.94 mm)

3.2 开挖顺序(二)数值计算结果

开挖顺序(二)中，左右侧基坑同时开挖，最后开挖中间基坑(图8～图10)。

图8 中间基坑开挖至负2层竖向位移云图(隧道衬砌位移最大值为14.74 mm)

图9 中间基坑开挖至负2层支护结构弯矩云图(衬砌最大弯矩为97.1 kN·m)

图10 中间基坑底部加固后竖向位移云图(中间基坑开挖一层衬砌最大隆起为6.92 mm)

3.3 开挖顺序(三)数值计算结果

开挖顺序(三)中，基坑整体从上至下开挖基坑(图11～图13)。

图11 中间基坑开挖至负2层竖向位移云图(隧道衬砌位移最大值为16.00 mm)

图12 中间基坑开挖至负2层支护结构弯矩云图(衬砌最大弯矩为125 kN·m)

图13 中间基坑底部加固后竖向位移云图(中间基坑开挖1层衬砌最大隆起为6.83 mm)

3.4 计算结果分析

3.4.1 基坑开挖先后顺序的影响

从以上的分析不难看出，3种基坑开挖顺序的应力云图规律基本一致，结果对比详见表4。

由表4可见，3种开挖方式都会一定量地引起既有线路的隆起，其中开挖顺序(二)引起的位移最小，开挖顺序(一)次之，开挖顺序(三)产生的位移最大。开挖顺序(三)中由于地铁区间上方的土体一次性大面积的开挖卸载，对既有区间结构造成的影响最大，区间隆起量最大。开挖顺序(一)和开挖顺序(二)相比，两侧基坑开挖如不同时进行，中间部分的土体和既有结构受到多次扰动，造成更大的不利影响，相对来说在地铁区间保护范围之外的两侧基坑，建议有条件时进行同时开挖。

表4 不同开挖顺序比较

3.4.2 采取加固措施后的影响

为研究土体加固措施对区间结构稳定性的作用，主要针对区间上方基坑底部土体是否进行加固进行了比较(表5)。从结果不难看出，在淤泥质地层中进行基坑开挖时，如果对既有区间结构所在基坑进行底部加固后再进行后续开挖，能够有效的减少基坑土体和既有区间结构的变形位移。

4 结论

(1)在填海区域进行的既有地铁区间结构周边基坑开挖，对区间结构的影响较大，易造成区间上浮和衬砌管片内力增大，设计和施工时都应考虑相应保护措施。

表5 采取加固措施后的不同开挖顺序比较

(2)既有地铁区间周边基坑的开挖应避免区间上方土体同时大面积的开挖卸载，应将基坑分次实施。其次建议基坑的开挖顺序为区间两侧基坑同时开挖，最后开挖区间正上方基坑。

(3)在填海淤泥质地层中进行基坑施工，只要对既有区间结构正上方基坑土体进行加固后再进行开挖，就能更好的控制剩余土体和地铁区间结构的变形位移。

[1] 王永新.淤泥质地质条件下地铁车站深基坑施工控制技术研究[D].成都：西南交通大学，2003.

[2] 李琳，杨敏，熊巨华.软土地区深基坑变形特性分析[J].土木工程学报，2007，40(4):66-69.

[3] 袁顺德，陈礼伟.浅析海积淤泥地层地铁车站基坑群的相互影响[J].现代隧道技术，2012，49(5).

吴劭旸(1987～)， 男，硕士研究生，工程师，从事地铁、隧道工程设计工作。

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[定稿日期]2016-08-25