邻近既有地铁深基坑工程安全性评价与防控

【摘    要】：为减小新建工程对轨道交通设施的影响，以新建道路工程穿越既有地铁设施为研究对象，采用数值模拟、理论计算及现场监测等方法，研究了穿越工程对隧道结构安全性影响程度，提出了采用桩锚支护方式对新建基坑進行加固并对地铁隧道进行实时变形监测，研究结果表明：采用桩锚支护方式对基坑进行加固后隧道结构保持在稳定状态。

【关键词】：地铁；深基坑；桩锚；支护

【中图分类号】：U211.3【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）01-07-04

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.003

Safety Evaluation and Protection of Existing Subway under the Influence of Deep Foundation Pit Engineering

LIU Xinghao

（Beijing Gonglian Road Liaison Line Co. Ltd.， Beijing 100161， China）

【Abstract】：In order to reduce the impact of new projects on rail transit facilities， the paper takes the new road project crossing the existing subway facilities as the research object， numerical simulation， theoretical calculation and on-site monitoring are used to study the impact of the crossing engineering on the safety of the tunnel structure， and the pile-anchor support is put forward to reinforce the newly build fundation pit and monitor deformation of subway tunnel in real-time. The research results show that： after the fundation pit is reinforced by pile-anchor support， the tunnel structure keeps in a stable state.

【Key words】：subway； deep excavation； pile-anchor； support

随着北京城市更新建设进度的不断提升，大量新建市政道路和老旧道路改造工程进入规划与施工阶段，如丰台火车站周边路网改造工程等。目前北京地铁运营里程达到799 km，运营线路32条，未来北京将拥有不低于2 500 km的轨道交通线路[1～4]。由于地铁线路大多位于道路下方，多穿越城市繁华地带，新建或改造道路工程经常存在与既有地铁线路交叉穿越、并行邻近的关系。北京地铁客运量已达到1 300万人次/d，列车运营安全问题至关重要[5～8]。一旦由于穿越、邻近施工影响地铁运营，将带来非常严重的后果，甚至造成城市交通混乱与瘫痪。本文以邻近北京地铁10号线的四合庄西路道路工程为研究对象，开展安全影响性评估、防护设计及实时变形监测研究，为地铁安全运营提供有效保障，也为类似工程的设计、施工及防护措施的实施提供借鉴。

1 工程概况

四合庄西路（丰台南路—丰台北路）规划为城市主干路标准，设计速度为40 km/h、局部30 km/h，规划道路红线宽40～75 m，道路全长约2.9 km。

北京地铁10号线（首经贸大学站—丰台站）区间在丰台东路路口南侧与四合庄西路线位相交，之后线位于10号线东侧向北延伸，与10号线之间最大距离约75 m；在丰台站北侧，过东货场路路口后，线位逐渐过渡到10号线的上方。见图1。

道路桩号K1+487～K1+567路段为丰草河北路闭合框架，上方为丰草河北路，顶板以上为0.8 m厚路面结构。线位西侧为地铁10号线丰台站—前泥洼站盾构区间，覆土约13.8～12.7 m。闭合框架结构侧墙外边缘距地铁10号线右线中线水平距离约 40.5～23.8 m，施工将引发土层较大幅度变形，对地铁10号线盾构区间结构造成潜在的变形风险。

2 安全性影响评价

2.1 模型建立

采用Midas GTS NX软件，根据设计图纸，建立三维数值模型。考虑施工过程中的空间效应，模型取新建工程与既有地铁有效影响范围，地层模型中土体为实体单元，地铁结构为板（壳）单元，不同土层采用不同的材料参数，模型底面及四周采用法向约束边界条件，顶面采用自由边界条件。模型尺寸：沿地铁沿线方向370 m、横向250 m，自原始地面顶部标高向下深度60 m。新建结构范围包含四合庄西路下拉槽道路、东侧立交专用匝道基础，既有结构包含地铁10号线丰台站—泥洼站区间。见图2。

根据施工工序制定相应的模拟工序：

1）工序一，打设北段四合庄西路下拉槽段基坑围护桩；

2）工序二，完成下围护桩段道路下拉槽基坑开完，同步施工邻近该段的匝道桥；

3）工序三，整体开挖下拉槽道路及丰草河箱涵基坑，开挖深度2 m；

4）工序四，继续整体开挖下拉槽道路及丰草河箱涵基坑，开挖深度3 m，开挖完成丰草河箱涵基坑；

5）工序五，继续向下开挖施工，完成下拉槽段道路基坑开挖。

2.2 结果分析

道路施工过程对既有地铁10号线结构及地表产生一定程度的附加变形，基坑开挖完成后既有10号线区间隧道的竖向最大变形1.667 mm，为下沉变形，发生在道路基坑下方区间位置处区间侧墙及拱顶；横向最大变形为0.498 mm，为偏东侧，发生在靠近基坑开挖侧盾构隧道侧墙。见图3。

根据新建工程与既有地铁的穿越方式、影响分区、地铁结构变形预测值以及线路敷设形式对穿越工程的风险评估等级进行划分，此区域内地铁结构处于基坑影响的显著影响区范围内，预测变形值达到1.667 mm，超过变形允许值（2 mm）的70%，综合判定风险等级为一级。此段范围划分为重点影响区域，需对结构及轨道进行变形监测及实施防护措施。

3 基坑防护设计

3.1 设计参数

根据工程总体设计、安全性评价结果以及设计规范要求，针对此区段内工程基坑进行专项设计，采用混凝土支护桩加设锚杆的支护形式，基坑开挖深度 10～11.2 m。桩基采用?800 mm@1 500 mm 的悬臂钻孔灌注桩，嵌固深度6 m；锚索设置于桩间，入射角度与水平面夹角15°：第一道锚索水平间距3 m、总长14.5 m、锚固段长度8 m、5束钢绞线，距基坑顶1.5 m；第二道锚索水平间距1.5 m、总长17 m、锚固段长度10 m、3束钢绞线，距基坑顶5 m；第三道锚索水平间距1.5 m、总长12.5 m、锚固段长度7.5 m、3束钢绞线，距基坑顶8.5 m。见图4。

3.2 基坑桩锚支护计算

桩锚支护最大水平位移13.74 mm，地表最大沉降值17 mm，满足规范及评估要求。见图5和图6。

4 监控量测

4.1 监测方案

考虑到地铁结构及轨道运行安全，采用人工+自动化的综合方式对地铁结构与轨道进行实时监测。自动化远程监测采用静力水准远程自动化监测系统，监测网按测线形式在轨道结构布置，沿轨道纵向按20 m间隔布设。人工监测主要包括结构沉降、水平位移、隧道收敛、管片错台、几何形位及无缝线路钢轨位移等内容，测点间距为20 m，单线隧道每个断面布设2个测点。见图7。

4.2 监测数据分析

自动化监测仪器布设在重点影响区域隧道结构底部，上下行各布设17台精力水准仪，监测频率1次/h，由于列车运行引发的结构振动对结构瞬时变形数据影响较大，因此选取每日凌晨1：00—3：00时段内的变形数据作为外部工程影响引发结构变形的数据对坑开挖时段42 d的变形数据进行分析。见图8。

基坑开挖施工期间，上行隧道结构沉降变形值集中在-0.3～0.2 mm，下行隧道结构沉降变形值集中在-0.4～0.15 mm，区间内最大变形发生在邻近施工侧的SZDH06测点，达到-0.4 mm。施工期间隧道结构变形值未达预警值，结构保持在稳定状态。由于静力水准仪安装在地铁结构上，随着每天地铁列车振动影响及设备本身的精度问题，数据出现微小幅度的波动均属于正常情况。

结构变形实测数据与安全评估预测数据有一定的差距，主要由于评估建模以最不利的开挖条件考虑结构变形，以此增加施工期间结构安全系数。通过基坑支护专项设计及支护稳定性计算，最大限度降低了基坑施工对地铁结构的影响，全过程的实时监测数据显示，基坑支护设计及施工工艺均起到对结构安全稳定的保障作用。

5 结语

北京地铁线路的不断开通，已形成了网络化运营格局，穿越或邻近道路也越来越多，一旦由于穿越、邻近施工影响地铁运营，将带来非常严重的后果，甚至造成城市交通混乱与瘫痪。穿越或邻近道路施工过程中隧道结构变形预测可达到1.667 mm，结构变形风险等级为一级；通过数值模拟的方式能够较为有效、准确地预测地铁结构在外部施工影响下的可能变形值，以此对轨道防护设计、施工工藝优化及变形监测提出针对性、可行性的建议。项目实施过程中采用自动化监测的方式对结构实时变形进行监测，静力水准仪为外部施工及地铁运营提供了实时有效数据；监测结果显示隧道结构最大上浮变形0.4 mm，对结构安全未造成影响。

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收稿日期：2022-05-10

作者简介：刘星浩（1983 - ）， 男， 内蒙古扎兰屯人， 工程师， 从事基础设施建设与管理工作。