深大基坑紧邻地铁车站施工影响及应对措施

段明明

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

1 工程概况

1.1 基坑工程概况

该基坑位于大连市沙河口区五一路、西安路交叉口西北象限，东侧临近西安路地铁站。基坑开挖深度为15.65m，长度为92.7m，标准段宽度为38.15m。基坑采用明挖法施工，围护结构采用钻孔灌注桩+旋喷桩止水帷幕+两道混凝土支撑结构。

1.2 地铁工程概况

西安路站为大连地铁1、2 号线换乘站，地下3 层暗挖车站，纵向总长度为237.6m，标准段净宽21.3m，车站埋深约10m；2 号风道排风井深14.007m，新风井深27.307m，风井采用倒挂井壁法施工；4 号出入口通道长57.16m，净宽4m，其中明挖段长19.462m，暗挖段长26.248m，明挖段采用倒挂井壁法施工，暗挖段采用台阶法施工。

1.3 相对位置关系

基坑与西安路站2号风道紧邻，围护桩外皮与排风井结构净距约3m，基坑底与风道顶竖向距离为3.99m，与4 号出入口结构净距约13m，与车站主体结构净距约23m，位置关系如图1、图2所示。

1.4 工程地质概况

根据地勘报告，场地地层主要计算参数如表1所示。

表1 地层物理力学参数

表1（续）

图1 基坑与西安路站平面位置关系图

图2 基坑与西安路站2号风道剖面图

2 地铁结构安全性要求

为确保基坑工程施工不对既有地铁结构产生损坏，基坑施工对既有地铁结构的影响应满足结构控制技术指标要求。《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202—2013）对既有地铁结构控制指标要求如表2所示。

表2 城市轨道交通结构安全控制指标要求

3 有限元模拟

采用有限元三维数值模拟软件Midas GTS NX 建立分析模型。地层、初支及桩基础采用实体单元，车站结构采用板单元，车站梁柱、基坑冠梁、支撑、连系梁、临时立柱及立柱桩基采用梁单元模拟[1-2]。模型图和计算云图如图3、图4所示。

图3 基坑临近车站计算模型

图4 计算云图

4 计算结果分析

4.1 车站结构变形分析

初始阶段为无变形，其他各阶段最大变形如表3～表5所示。

表3 各阶段竖向变形（Z方向） 单位：mm

表4 各阶段横向变形（X方向） 单位：mm

表5 各阶段纵向变形（Y方向） 单位：mm

根据表3～表5 数据，由于基坑近接2 号风道施工，对2 号风道影响较大，基坑开挖完成后2 号风道最大隆起量为5.833mm，最大横向变形为1.284mm，最大纵向变形为1.368mm。4 号出入口由于受到2 号风道的阻隔，变形较大位置为出地面段及爬升段，最大隆起变形为3.413mm，最大横向变形为1.254mm，最大纵向变形为0.423mm。车站与2 号风道接口位置也出现较大隆起，最大隆起量为2.345mm，侧墙墙角出现朝向基坑的横向变形，变形最大值为1.055mm，最大纵向变形为0.359mm。

根据数值模拟，车站变形主要发生在基坑第二道支撑未施作前，应在开挖至第二道支撑位置时及时施作支撑，减小基坑周边地层变形。

4.2 轨道结构变形分析

地铁1、2 号线轨道结构各阶段变形最大值如表6所示。

表6 各阶段轨道结构变形最大值 单位：mm

根据表6 数据，车站内轨道结构最大竖向变形为1.676mm，轨间距最大变化值为+0.036mm，轨道结构横向最大高差为0.250mm。

5 应对措施

土体卸载引起的支护结构水平变形和底部土体回弹变形，是既有地铁结构变形的重要影响因素。因此，控制支护结构变形和基底回弹是控制整个基坑变形以及保护临近地铁变形的关键。主要应对措施如下：

（1）分区分时段卸载，采用分隔墙等将大面积卸载区域化分为若干独立的卸载区域，分阶段、分时段进行开挖卸载，分别控制每一分区地层变形，从而实现整体控制。

（2）选择合适的支护结构[3]，宜采用刚度大、控制地层变形较好的支护结构，并及时支护和架设支撑。

（3）考虑“时空效应”原理进行分块、分条开挖并快速浇筑底板，遵循“分层、分块、分条幅、平衡、对称、限时”的开挖原则。

（4）及时压重堆载，在底板上及时加载可减小土体的相对卸载量，达到控制土体和隧道变形的目的。

（5）爆破减震技术。钻爆设计应使用光面爆破或预裂爆破技术，宜放小炮，尽量减少爆破对围岩的扰动。爆破参数应通过试验确定。

（6）采用远程自动化监测技术监测运营隧道。建立监测预警系统，进行监控跟踪、信息反馈、动态评估及管理。

（7）制定针对性的应急预案，如出现可能影响地铁结构安全的情况，必须及时采取应对措施，保证既有地铁结构的安全。

6 结论

结合工程实例，基于Midas GTS NX 建立分析模型，模拟基坑全过程施工对既有地铁结构的影响，得到的结论如下：

（1）既有地铁结构裂缝宽度及变形均满足控制要求，基坑开挖各阶段对既有结构造成的影响均在允许范围内。

（2）基坑开挖施工影响较大的结构为2 号风道，施工过程中2号风道表现为整体结构上浮状态，其中风道西南侧侧墙上浮量较大，表现出西南侧结构上翘状态。结构的横向变形表现为底板滑向基坑，顶部远离基坑的倾斜状态。

（3）由于2 号风道阻隔，4 号出入口及主体结构受基坑开挖影响明显小于其对2 号风道的影响。4 号出入口表现为结构整体上浮状态，其中出地面段上浮量较大，表现出西南侧结构上翘的状态，结构受到2号风道的阻隔，横向变形主要表现在出地面段；车站主体最大变形位置为与2 号风道接口处，表现为主体与2 号风道接口位置结构上翘状态。

（4）主体基坑施工对车站影响较大阶段为第一道支撑完成至基坑开挖至第二道支撑位置阶段、第二道支撑完成至基坑开挖至坑底阶段。