围堰明挖基坑对邻近隧道及桥梁的影响分析

虞春龙

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

随着城市地铁网络的不断建设，作为大城市的主要交通疏散工具，对城市发展起了至关重要的作用。新建项目的建设过程中不可避免的与轨道交通产生交织，对其产生影响，邻近地铁的深基坑开挖已成为影响地铁隧道安全的一个重要因素，近年来引起越来越多的重视[1-3]。

在已建地铁隧道周边进行围堰明挖基坑施工，由于围堰填土、围护施工、基坑开挖等因素的影响，势必将改变隧道周边的应力状态，引起隧道产生沉降、隆起及隧道的横向变形。当隧道变形积累到一定限度，轻则产生漏水，重则影响到地铁的正常使用及运营安全。因此，邻近地铁隧道的围堰明挖基坑设计，应特别重视对地铁区间隧道的保护设计。

本文以上海市北横通道围堰明挖过苏州河段基坑为例，重点分析围堰回填、基坑开挖对邻近地铁隧道及相邻桥墩的影响。

1 工程概况

1.1 项目概况

上海市北横通道明挖过苏州河段位于西苏州路与光复路之间，在长寿路桥南侧横向穿越苏州河，河中段结构宽度约28.8～31.1 m，结构型式主要为单层三孔箱涵，岸边段在通道上方设置架空层，北线底板深约12.5～15.1 m，南线底板埋深约13.0～18.4 m,本区段基坑开挖深度大于10 m，属于一级安全等级基坑[4]。穿越处河道总宽度为66 m，在拟建隧道北侧为上海地铁13号线盾构区间，区间隧道埋深为28.8～31.1 m，距离通道结构距离为6.6～39.9 m，工程概况简图见图1。

图1 工程概况简图

为保证施工期间苏州河过水断面需求，本区段分两期明挖施工，一期施工东半福，二期施工西半幅，分期施工期间的平面布置见图2、图3。

1.2 场地地质条件

本工程所在场地内土层主要有:①1层填土、①2淤泥、②3层黄～灰色砂质粉土、④层灰色淤泥质黏土、⑤1层灰色粉质黏土、⑥层暗绿色粉质黏土、⑦1层草黄～灰色粉砂、⑦2草黄～灰色粉细砂、⑧1-1灰色黏土，底板底一般位于④层及⑤1层。

1.3 水文地质条件

（1）潜水

图2 一期施工期间平面布置图

图3 二期施工期间平面布置图

勘探期间，测得地下潜水位埋深为0.90～3.50 m，受潮汐、降水量、季节、气候等因素影响而变化。

（2）承压水

拟建场地影响本工程的承压水主要为赋存于⑦层及⑨层中的承压水。根据上海地区经验，承压水水位一般低于潜水位，年呈周期性变化，埋深3.0～12.0 m 。

1.4 设计方案

本区段采用围堰明挖法施工，考虑到汛期苏州河过水断面需求，采用分期施工，一期施工河东段，二期施工河西段。

采用柱列式钢管桩+钢板桩围堰，基坑采用800/1 000 m m地下连续墙围护，根据开挖深度的不同，设置2道混凝土支撑+2～3道钢支撑的支护型式，其中第一道及第三道支撑采用混凝土支撑，其余道支撑采用钢管支撑，地下连续墙长度为43.5～46.5 m，地下连续墙隔断⑦层承压水，河中明挖段围护横典型横剖面见图4。

2 对邻近隧道及桥梁影响数值分析

利用岩土分析软件Pl axi s分析围堰明挖全过程施工对邻近区间隧道及桥梁的影响。

2.1 计算模型

选取河中段距离13号线区间隧道较近位置断面，基坑宽度约30 m，邻近地铁侧开挖深度约13.7 m，围护采用800 m m地下连续墙，竖向共设置2道混凝土支撑及2道钢管撑。采用Pl axi s有限元软件模拟基坑开挖对轨道交通13号线盾构及长寿路桥桥墩的影响，土层采用H-S本构模型，计算模型见图5。

2.2 计算参数

（1）土体参数

模型依据项目地质勘察报告及相关规范，确定的土体参数见表1。

图5 计算模型

表1 模型土体参数

（2）支撑参数

支撑计算参数见表2。

表2 模型支撑参数

（3）围护桩参数

围护结构计算参数见表3。

表3 模型围护桩参数

2.3 控制标准

根据上海地区已有地铁及桥梁保护要求，考虑到前期已有变形及后期变形余量，地铁区间的竖向及水平位移按1 cm控制[5]，长寿路桥桥墩的与长寿路桥的竖向及水平位移按0.5 cm控制。

2.4 分析结果

围堰填土及开挖至坑底的位移云图见图6、图7。

图6 开挖至坑底时总位移云图（单位：m）

图7 开挖至坑底时水平位移云图（单位：m）

围堰填土完成及开挖坑底的隧道变形见图8、图9。

图8 地铁区间变形（m，围堰及填土完成，最大1.60 mm）

图9 地铁区间变形（m，基坑开挖完成，最大3.71 mm）

围堰填土至基坑开挖完成长寿路桥承台及承台桩位移见图10、图11。

分析结果表明围基坑开挖对相邻隧道及桥梁基础影响较小，其中地铁13号线最大变形3.71 m m＜10 m m，且每一阶段的相对变形均小于10 m m；长寿路桥承台最大沉降0.66 m m＜5 m m，桥梁桩基最大水平侧移1.27m m，均满足暂定控制标准。

图10 长寿路桥承台竖向位移（m，基坑开挖完成，最大0.66 mm）

3 结语

（1）围堰施工至基坑开挖完毕产生的地铁隧道区间及桥梁承台的竖向及水平位移均小于设计控制值，说明围堰及基坑的整体设计方案安全合理；

（2）目前本区段东半边已施工完毕，施工期间地铁区间与桥梁变形均在控制范围内，进一步证明了设计方案的安全合理性；

（3）本项目的设计方案与分析结果可供其他同类项目借鉴参考。

图11 长寿路桥承台桩基位移（m，基坑开挖完成，最大1.27 mm）