软土地区地下车站与周边空间连通口不均匀沉降防治研究与设计

李斐　朱燕琴　赵洋　姚春雪

摘要 目前地铁周边大部分地块都有和地铁进行连通的需求，以连接通道形式进行连接是非常普遍的，但连通接口处最容易发生不均匀沉降，导致结构主体形成裂缝、渗漏水、严重时会使建筑物发生倾斜甚至倒塌，影响地铁和周边构建筑物的使用和安全。文章在对既有地下工程中连通口不均匀沉降防治措施进行广泛调研的基础上，采用理论分析、数值模拟以及工程实践相结合的方法，对连通口不均匀沉降防治进行研究。

关键词 商业地块;监测分析;地铁保护;不均匀沉降

中图分类号 U448.27 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）09-0143-04

引言

随着社会不断发展，越来越多城市进行地铁交通网络建设，与此同时沿地铁周边地下空间开发规模也在逐渐扩大。截至2020年底，中国已有43个城市开通了地铁线（含轻轨），地铁车站与周边地下空间多采用地下通道进行连接，为后续工程的连通口方案设计和工程建设提供借鉴与指导。

1 工程实例调研

华东地区工程实例调研，详见表1。

2 工程实例研究分析

2.1 项目概况

杭州地铁7号线北二路站位于大江东区，青六路与北二路下方，车站D号出入口位于青六路与北二路东南角，出入口东侧为龙湖天街。北二路站D号出入口与龙湖天街拟采用地下通道连接，D号出入口和龙湖天街地下室结构施工时均已预留接口条件，如图1所示。

连接通道采用明挖顺做法施工，基坑开挖深度为8.85 m，开挖面积约100 m²，围护结构采用钻孔灌注桩+旋喷桩止水帷幕，竖向设置2道支撑，施工期间基坑内外均设置自流深井降水。连接通道主体结构在平面上呈喇叭口状，长10.76 m，宽7.20～11.55 m，高6.15 m，顶板覆土厚度为3.00 m，如图2所示。

工程地质勘察报告显示，拟建场地地质分布均匀，土层从上至下依次分布：素填土、砂质粉土、粉砂、砂质粉土夹粉砂、粉砂、砂质粉土夹淤泥质粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粉砂薄层，其中通道底板位于③5层砂质粉土夹粉砂，如图3所示。

车站D号出入口、龙湖天街地下室和连接通道均为地下一层结构，底板位于砂质粉土夹粉砂、粉砂土，均为中压缩性土，地基承载力和变形验算满足相关规范要求。

地铁车站和龙湖天街实施时，均已考虑连通通道建设需求，在连接处预留侧墙门洞和结构钢筋，并在门洞附件处设置了工程桩，有效控制结构沉降。连接通道下方设置4根工程桩，以控制连接通道结构沉降，从而减小与邻近建筑物的差异沉降。

2.2 连通道及周边建构筑物变形控制标准

为保证周边建筑物的正常使用和结构安全，连接通道施工期间需对周边建筑物采取保护措施，并设置水平位移和竖向沉降监测点。参照《建筑地基基础设计规范 》（GB50007—2011）[2]对建筑基础沉降允许值的相关规定，《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T-202—2013）[3]和地方相关规定中地铁结构安全控制指标，结合上部结构对地基变形的适应能力和使用要求，拟定连接通道及周边建筑物地基沉降控制值如表2：

2.3 数值模拟分析

为准确分析预测连接通道实施对临近建筑的影响和各建筑物结构底板的差异沉降，分别采用有限元计算软件Plaxis 3D、Midas GTS NX建立地层—结构模型，模拟连接通道施工工程，进行三维数值分析。

2.3.1 Plaxis 3D计算模型

为确保计算模型不受边界条件的影响，模型X方向（垂直于连接通道方向）160 m，模型X方向（平行于连接通道方向）160 m，Z方向（基坑深度方向）80 m，建立地层—结构模型，模拟连接通道基坑施工过程，预测车站、龙湖天街和连接通道结构变形趋势，如图4所示。

计算模型中的岩土体材料采用正四面体单元模拟，本构模型采用Hss模型（小应变硬化模型），即等向硬化弹塑性模型，可同时考虑剪切硬化和压缩硬化，采用MC破坏准则，适用于多种土类的破坏和变形行为的描述。模型底部的约束条件为水平、竖直方向均固定;模型两侧约束条件为水平方向固定，竖直方向自由;地表面自由。围护桩墙、地铁车站结构板、墙等采用板单元模拟，围檩和支撑采用梁单元模拟，如图5所示。

2.3.2 施工工况

按表3中连通道施工分为12个工况，具体步骤详见表3。

2.3.3 计算结果

Plaxis 3D数值分析计算结果为：在连接通道开挖至坑底此工况下，车站主体竖向变形为0.13 mm（见图6），D号口竖向变形1.52 mm（见图7）;在连通道主体结构施工完成后工况下，车站主体竖向变形均无变化。（见图8、图9）。

在设计阶段通过经验分析、同类工程类比、数值模拟等多种手段进行综合分析，连接通道的实施对周边建筑物影响满足建筑物保护控制標准要求，方案可行。北二路站D出入口与龙湖天街地下室连通道项目已于2021年10月竣工。在该项目施工阶段，通过施工监测，各项控制指标较设计控制值稍有增加，但结构裂缝及主体结构渗漏现象并未产生。数值模拟分析计算结果变形虽比实际情况较小，但变形趋势与其一致，设计阶段各项控制指标可以结合地层、车站主体及附属施工质量等实际情况适当放宽。

3 结论

杭州属于滨海冲海积平原地貌，地势平缓，根据既有工程经验，地表20 m以内浅土类型多为中软土。一般地铁车站与周边地下空间连接位置大多为地下一层，位于中软土层之中，在工程建设时，地基基础承载力较弱，易发生地基沉降，引起结构变形、裂缝。根据工程类比和设计实例，结合地基基础设计理论，对软土地区连通口不均匀沉降控制的常见措施进行了归纳;

（1）地基处理;当建筑物位于软土地区或不均匀地层时，通过换填或地基加固的方式，增大地基承载力，有效减小地基变形。结合性价比分析，三轴搅拌桩的加固质量要优于其他加固方式。

（2）设置工程桩：在连通口和邻近构建筑物底板下方设置工程桩，可以有效控制结构沉降，从而减小通道与邻近构建筑物的差异沉降，但工程造价较高。

（3）变形缝设置：在连通口和邻近构建筑物间设置变形缝，减少两者间的变形约束，可以有效减少因地基变形差异引起的结构裂缝。

（4）连通道尽量与车站工程同步施工，可以减少两者地基施工后变形差异，从而减小通道与邻近构建筑物的差异沉降。

参考文献

[1]黄大维， 周顺华， 宫全美， 韦凯. 软土地区地铁不同结构间差异沉降特点分析[J]. 同济大学学报（自然科学版）， 2013（1）： 95-100+158.

[2]建筑地基基础设计规范： GB-50007—2011[S]. 北京：  中国建筑工业出版社， 2011.

[3]城市轨道交通结构安全保护技术规范： CJJ/T-202—2013[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2013.

收稿日期：2022-03-18

作者简介：李斐（1982—），女，本科，高级工程师，研究方向：地下结构。