邻近既有地铁深基坑开挖施工控制方案研究

□文/唐 进

1 工程概况

成都轨道交通9号线一期工程武青南路站是与3号线的换乘站。3号线部分沿武兴路设置，9号线部分顺武侯大道铁佛段设置，均为岛式站台车站，“T”形节点换乘。3号线地下二层，9号线地下三层。9号线车站为双柱三跨结构，车站总长249.827 m，共设置3 个出入口、3个安全出口及2组风亭，其中F号出入口、3号安全出口及4号风亭与既有3号线连接。

2 制约因素

9 号线F 号出入口及3 号安全口为地下一层单跨结构，覆土厚度约4.8 m。9 号线F 号出入口需打开3号线主体结构负一层侧墙28.65 m，3号线B号出入口侧墙14.4 m；9号线3号安全口需打开3号线B号出入口侧墙4 m，3 号线已在后期打开范围预留梁柱体系[1～3]。

9号线4号风亭为地下2层结构，覆土厚度约4 m，与3 号线主体结构负一、负二层侧墙连接长度共18.8 m，其中需打开侧墙宽度为8.3 m，3号线已在后期打开范围预留梁柱体系[1～3]。

3 基坑开挖及数值模拟分析

F 号出入口邻近3 号线主体位置基坑宽度为6.6 m，深度约10.6 m，基底位于密实卵石层。围护结构基坑采用钻孔灌注桩+内支撑的支护形式，其中围护桩采用φ1 000 mm@2 000 mm 钻孔灌注桩，竖向设置1道φ609 mm、壁厚16 mm 钢管支撑[4]，支撑一端位于3号线主体结构顶板上，需在3 号线顶板上新增牛腿。基坑地下水控制采用管井降水的方法，降水后基坑内水位低于坑底垫层下0.5 m，在3号线主体结构北侧布置降水井，确保水位线位于负一层结构板以下，待9号线F 出入口结构施作完成后方可停止降水。车站基坑施工过程中需加强对邻近地铁车站结构的变形监控工作。

4号风亭邻近3号线主体位置基坑深度约17.6 m，基底位于密实卵石层。围护结构基坑采用钻孔灌注桩+内支撑的支护形式，其中围护桩采用φ1 200 mm@2 200 mm钻孔灌注桩（局部利用3号线主体围护桩），竖向共设置3 道φ609 mm、壁厚16 mm 钢管支撑。基坑地下水控制采用管井降水的方法，降水后基坑内水位低于坑底垫层下0.5 m。需在3 号线主体结构北侧布置降水井，确保水位线位于负一层结构板以下并满足3 号线主体结构横断面两侧水头差控制在8 m 以内的要求，待9 号线4 号风亭结构施作完成后方可停止降水。基坑施工过程中需加强对邻近地铁车站结构的变形监控工作。

采用Midas-GTS 软件，选取三维地层-结构建立数值模型，分工况计算附属分层开挖、加支撑、开挖至基底、回筑拆撑等关键工序对既有地铁的影响。图1-图11。

图1 模型一

图2 模型二

图3 模型三

图4 基坑开挖前位移

图5 基坑开挖至第一道支撑位置并架设支撑后位移

图6 基坑开挖至第二道支撑位置并架设支撑后位移

图7 基坑开挖至坑底位移

图8 拆除第三道支撑位移

图9 拆除第二道支撑位移

图10 拆除第一道支撑位移

图11 附属施工完成后位移

由图4 可见，基坑开挖前x、y、z方向位移均为0；由图5可见，基坑开挖至第一道支撑位置并架设支撑后x方向最大位移0.56 mm，y方向最大位移0.29 mm，z方向最大位移0.77 mm；由图6可见，基坑开挖至第二道支撑位置并架设支撑后x方向最大位移0.50 mm，y方向最大位移0.32 mm，z方向最大位移1.29 mm；由图7可见，基坑开挖至基坑底x方向最大位移0.45 mm，y方向最大位移0.42 mm，z方向最大位移3.05 mm；由图8可见，拆除第三道支撑x方向最大位移0.50 mm，y方向最大位移0.42 mm，z方向最大位移3.05 mm；由图9可见，拆除第二道支撑x方向最大位移0.50 mm，y方向最大位移0.42 mm，z方向最大位移3.05 mm；由图10可见，拆除第一道支撑x 方向最大位移0.50 mm，y方向最大位移0.42mm，z方向最大位移3.05 mm；由图11可见，附属施工完成后x方向最大位移0.49 mm，y方向最大位移0.23 mm，z方向最大位移1.80 mm。计算结果可满足规范要求。

虽理论计算可以满足规范要求，但在具体实施过程中工程各方应加强管理，合理安排工序，严格执行设计图纸工序，确保既有3号线车站结构的安全。

4 基坑开挖监控

在9 号线附属施工期间，采用自动化监测对既有3 号线进行全方位、严密的监测，确保运营线路的安全，监测等级为一级，见表1[5]和表2［2］。取二者较小值作为监控值。

表1 城市轨道交通既有线隧道结构变形控制值

表2 常用的城市轨道交通结构安全控制指标参考值

实测位移（沉降）的绝对值和速率值双控指标达到极限值的70%～85%或双控指标之一达到极限值的85%～100%，而另一项未达到该值作为预警指标。

实测位移（或沉降）的绝对值和速率值双指标均达到极限值的85%～100%作为报警值。

5 施工注意事项

1）深基坑工程施工应遵循分区、分块、分层、对称、限时原则，建议在分块分步开挖时靠近地铁车站侧土体后开挖，开挖到基底后根据需要在近邻地铁车站结构侧采取基坑内留土堆载反压预案。

2）降水井应合理布置，与地铁结构保持距离，3号线主体结构北侧布设一排降水井，保证水位的缓慢下降且水位线均位于负一层结构板以下。在降水过程中控制水位及出砂率，对地铁结构沉降加强监测。

3）附属基坑施工过程中需加强对邻近地铁车站结构的变形监控工作，可在车站结构内布置实时自动化监测设备，以随时监控地铁安全状态。

4）施工过程中应注意对地铁结构的保护，已有地铁结构上方及周边10 m 范围内的堆载不得超过20 kPa。

5）施工前应做好应急预案的编制，以应对各种危及地铁结构安全的突发情况。

6 结论

9 号线武青南路站F 号出入口及4 号风亭已施工完成，监测数据满足规范及设计要求。该站属于典型的邻近既有深基坑开挖，施工过程中严格控制了既有地铁的变形并保证正常使用。对于后期类似车站，建议设计时考虑以下几点：

1）既有地铁横断面两侧未对称开挖，设计应验算允许水头差，必要时两侧应同时降水，确保既有地铁裂缝宽度在允许范围值内；

2）基坑开挖过程中设计应考虑对既有地铁采取相关保护措施，如既有地铁横断面单侧开挖，应对既有地铁各层板进行支撑，承受对侧侧向压力。