浦东机场捷运系统基坑方案稳定性数值模拟分析

王保光

（1.上海机场（集团）有限公司建设开发公司，上海；2.上海机场建设指挥部，上海）

浦东机场捷运系统将形成总体布局如图1 所示，东线和西线独立运营，线路正线均为双线，东线串联T2 航站楼-S2 卫星厅-T3 航站楼（分别在T2、S2、T3设上下客站），西线串联T1 航站楼-S1 卫星厅-T3 航站楼（分别在T1、S1、T3 设上下客站）[1-2]。

图1 浦东机场旅客捷运系统示意图

新建T3 航站区工程基坑平面布局如图2 所示，主要包括空侧捷运、北交通中心、轨交站厅、轨交站台、南交通中心[3]。本文研究范围为浦东机场空侧捷运站及附属业务用房基坑如图2 中D 组团区域所示，基坑总面积约53 000 平米。

图2 T3 航站区工程基坑分区平面示意图

1 捷运系统基坑工程方案

1.1 分阶段实施方案

新建T3 航站区工程时，需对红线范围内既有预留捷运车站部分结构、车辆基地拆除和改造（如图1 所示），新建为捷运系统暗埋线路和T3 捷运车站，拆除、改造时，需保证现有捷运系统（即连接T1、T2 航站楼和卫星厅之间的旅客捷运系统）正常运行。因此，该区域基坑工程需采用二阶段方式实施，如图3 所示，一阶段在既有捷运西侧进行新建捷运基坑施工，共8 个分区基坑；二阶段基坑共9 个分区基坑。

图3 T3 航站区工程范围捷运系统分阶段实施示意图

图4 一阶段围护结构平面布置图

图5 二阶段围护结构平面布置图

1.2 基坑支护方案

基坑工程安全等级和环境保护等级、变形控制标准分别如表1、表2 所示。

表1 安全等级和环境保护等级

表2 基坑变形控制标准

表3 基坑支护形式

2 典型剖面变形分析

为保障施工期间捷运正常运营，本文对保留原捷运施工部分新捷运、拆除原捷运施工剩余部分新捷运两种工况，对典型剖面1-1、剖面2-2（如图6 所示）采用岩土工程有限元分析软件Plaxis 按平面应变连续介质有限元方法进行分析[4]。

图6 捷运段计算剖面示意图

J1-3 区基坑西侧围护墙采用型钢水泥土搅拌墙，东侧围护墙采用TAD 工法，基坑北侧、南侧围护墙分别利用J1-2 区、1-6 区地下连续墙。J2-4 区基坑东侧普遍区域围护墙采用型钢水泥土搅拌墙，东侧落深区域围护墙采用地下连续墙，基坑内部高差支护采用灌注桩排桩结合超高压喷射注浆（MJS 工法），北侧临时隔断围护墙利用J2-3 区地下连续墙，南侧围护墙利用2-2 区地下连续墙。J1-5 区基坑西侧围护墙采用型钢水泥土搅拌墙，东侧围护墙采用型钢水泥土搅拌墙、TAD 工法，基坑北侧、南侧临时隔断围护墙采用灌注桩排桩结合三轴水泥土搅拌桩。J2-6 区东侧及临时隔断区域地下连续墙墙厚800 mm，有效长度为44.2 m，受力段嵌入基底以下19～20.1 m。地下连续墙两侧设置φ850@600 三轴水泥土搅拌桩槽壁加固，有效长度22.11 m。地墙接缝处设置超高压喷射注浆（RJP 工法）止水，有效长度21.8 m。

2.1 典型剖面1-1 模拟计算分析

数值模拟分析结果如表4 所示，在第一阶段新建捷运车站基坑开挖工况完成时，由于基坑开挖卸载，西侧工法桩围护体及TAD 中隔墙变形分别为38.3 m、19.5 mm；既有捷运车站受紧贴的基坑开挖影响，水平及竖向变形量分别为9.9 mm、9.7 mm，变形量相对可控。

表4 剖面1-1 变形计算结果

在第二阶段新建捷运车站基坑开挖工况完成时，由于东侧紧贴基坑土体卸载，西侧工法桩围护体变形进一步增加到39.6 mm，而TAD 中隔墙变形则发生回弹而减小至16.1 mm，东侧工法桩围护体发生32.7 mm 变形，此阶段对西侧新建捷运车站产生0.6 mm 隆起。在第二阶段新建捷运车站回筑完成时，由于支撑拆除、回筑结构层高较高，导致支撑体系水平刚度减小，相应TAD 中隔墙、东侧工法桩围护体及西侧第一阶段新建捷运车站的变形略有增加，但增量不超过0.7 mm。

2.2 典型剖面2-2 模拟计算分析

数值模拟分析结果如表5 所示，在第一阶段新建捷运车站基坑开挖工况完成时，由于基坑开挖卸载，西侧工法桩围护体及TAD 中隔墙变形分别为39.8 mm、24.1 mm；既有捷运车站受紧贴的基坑开挖影响，水平及竖向变形量分别为8.5 mm、7.4 mm，变形量相对可控。

表5 剖面2-2 变形计算结果

在第二阶段新建捷运车站基坑开挖工况完成时，由于东侧紧贴基坑土体卸载且东侧基坑挖深更深，故西侧工法桩围护体变形进一步增加到50.7 mm，而TAD 中隔墙变形则发生回弹减小至10.1 mm，东侧工法桩围护体发生33.2 mm 变形；此阶段对西侧新建捷运车站产生1.2 mm 隆起。在第二阶段新建捷运车站回筑完成时，由于支撑拆除、回筑结构层高较高，导致东侧第二阶段新建捷运车站支撑体系水平刚度减小，因而西侧工法桩围护体变形减小至47.3 mm，而TAD 中隔墙、东侧工法桩围护体及西侧第一阶段新建捷运车站的变形略有增加，但增量仅分别为3.5 mm、6.5 mm和0.6 mm。

3 结论

针对既有空侧捷运系统需保障正常运行的特殊条件，本文提出了分区、分阶段实施T3 航站区工程范围内新建空侧捷运基坑方案，并对典型剖面1-1、2-2进行了数值模拟分析，结论如下：

（1） 在第一阶段新建捷运车站基坑开挖工况下，其两侧围护体变形显著增加，对既有捷运车站变形影响控制在10 mm 以内，满足变形控制要求。

（2） 在第二阶段新建捷运车站基坑开挖工况下，由于土体卸载作用，两侧围护体变形均有所增长，而中隔墙变形减小，对第一阶段新建捷运车站变形影响仅1.2 mm。

（3） 在第二阶段新建捷运车站回筑工况下，围护体变形略有增长，且先浅后深的基坑剖面较两侧挖深相同的剖面围护体变形增量更大。

基坑开挖、回填过程中围护体最大变形以及对新建捷运车站变形影响均在安全可控范围内，基坑围护结构设计方案能满足相关设计控制要求。