新建地下结构施工对既有地铁车站结构的影响分析

摘要：建立地下结构计算模型并设置计算参数，得出新建地下结构对既有地下结构影响数据。通过布置地面沉降监测点、收集和分析监测数据，得出12号线怀德站新建B2口基坑、B1-B2出入口暗挖过街通道、怀德站共建管廊暗挖段施工，对既有地下结构的影响在可控范围内，不影响既有地下结构的安全运营的结论。

关键词：既有地铁车站；新建地下结构；基坑围护；网格计算模型；沉降和变形

0" "引言

城市轨道交通建设高速发展，线网密度越来越高，临近既有地铁建（构）筑物的施工项目越来越多。在安全区范围内，新建地下结构工程施工对既有地下结构会产生较大影响，因此评估新建基坑开挖过程的安全性、研究其对既有地下结构的影响至关重要。

本文所列陈仁朋等[1-4]作者的参考文献，通过各种案例、采用各具特色的施工方法和模拟分析软件，阐述了新建地下结构工程施工对既有地下结构产生的沉降及变形等影响，探索了新建地下结构工程施工对既有地下结构受力和变形的影响规律，并进行了安全性影响评价及自身施工过程安全问题分析，读后颇有收获。

本文以深圳地铁12号线怀德站和怀福区间工程为依托，采用现场实测及三维分析方法，分析新建B2出入口、B1-B2出入口暗挖过街通道、怀德站共建管廊暗挖段对既有地铁结构的影响并得出结论，以便及时优化施工方案，促进工程施工安全、经济、高效进行。

1" "工程概况

1.1" "已开通运营既有地下结构及其地质情况

1.1.1" "已开通运营的既有地下结构

已经开通运营的既有地下结构包括：深圳地铁12号线怀德站，怀福区间，2号风亭，B1和C出入口，怀德站共建管廊明挖段，以及福永大道综合管廊。

怀德站位于宝安区福永大道与怀德南路路口南侧，车站沿东北-西南向布置，为地下二层岛式站台车站，站台宽度为11m，有效站台长度为140m，车站部分总长度为312.1m，主体为单柱双跨和双柱三跨框架结构。

怀福区间位于宝安区福永片区，线路呈南-北走向，区间出怀德站后沿怀德路向北，侧穿怀德村民房，下穿德丰楼（6层）、福永小学操场及教学楼，后下穿望牛亭公园山岭，出公园后向西，下穿福永消防中队办公楼，沿福州大道侧穿周边民房后进入福永站。区间埋深10～125m，围岩等级为Ⅲ～Ⅵ级。

1.1.2" "地质情况

怀福区间从上到下揭露地层，包括素填土、填碎石、填块石、含有机质砂、粉质黏土、粉土、粗砂、砂质黏性土、全-微风化混合花岗岩。区间隧道穿越地层主要为全-微风化混合花岗岩层，局部为砂质黏土层。

既有怀德站及其附属B1、C出入口等所处地层，从上到下为素填土、含有机质砂、强风化混合花岗岩（砂土、块状）中风化混合花岗岩等。

1.2" "新建地下结构及其与地铁怀德站的关系

新建地下结构包括怀德站B2出入口、B1-B2出入口暗挖过街通道、怀德站共建管廊暗挖段工程。新建怀德站B2出入口、B1-B2出入口暗挖过街通道、共建管廊暗挖段与既有地下结构相距很近。

新建B2出入口与既有怀福区间右线水平距离为8.73m，新建B1-B2出入口暗挖过街通道与既有怀福区间右线水平距离为9.83m，怀福区间左、右线间距为7.86m，新建共建管廊暗挖段与怀福区间左线距离为13.7m。新建B1-B2出入口暗挖过街通道拱顶与既有怀福区间右线隧道顶距离约为4m。

新建B2出入口基坑由上至下地层依次为素填土、粗砂、强风化碎裂岩（砂土、块状），围护结构嵌固深度按强风化碎裂岩不小于5～6m。新建B1-B2出入口暗挖过街通道、以及共建管廊暗挖段范围的地层为强风化混合花岗岩（砂土、块状）。

2" "新建暗挖通道基坑围护设计方案

新建怀德站共建管廊暗挖段、新建B1-B2出入口暗挖过街通道均为管幕法复合衬砌隧道，其结构为直墙拱形断面，外界限为9.4m×6.2m，内部净空为6.5m×3.8m。拱顶及侧墙顶进壁厚为12mm的Φ402mm＠500mm管幕，予以超前预加固。上半断面布置管幕，下部采用喷锚支护。

初衬布设内外侧双层Φ8＠150×150钢筋网，喷射厚度为350mm的C25P6网喷混凝土，然后布设25a工字钢围檩，每榀围檩的间距为0.75m。二次衬砌为600mm厚C35P8筑模钢筋混凝土，采用CD工法（中隔壁法）暗挖施工。

新建B2出入口围护结构采用Φ800＠950钻孔灌注桩+Φ600＠950旋喷桩，竖向设置3道内支撑，第一道为600mm×800mm混凝土支撑；第二、三道为壁厚16mm的Φ609mm钢管支撑。

3" "建立计算模型和设置计算参数

3.1" "建立计算模型

有限单元法地层结构材料本构关系及单元选取：各岩土层均采用弹塑性模型，二维实体单元，屈服准则采用Mohr-Coulomb（莫尔-库伦）强度理论。模型顶面为自由

面，无约束；模型底面每个方向均约束；模型四个侧面均只约束法向，其余方向自由无约束。对模型划分为四面体网格。土层模型外边界尺寸为200m×180m×60m，按照实际尺寸，分别建立车站、区间等既有结构和新建结构的网格计算模型。网格计算模型如图1所示。

3.2" "设置计算参数

初始应力场作为岩土体存在的基本的和初始的内力，是岩土工程施工过程中产生变形和应力重新分布的根本动力，因此确定岩土体内初始应力场分布是进行岩土体工程施工过程分析的基本条件。对于较浅部位岩土体，最大主应力为自重应力，水平侧向应力系数一般取0.5～0.8，本工程水平侧向应力系数取值0.5。根据详勘报告，得到岩土体物理力学参数如表1所示。

3.3" "计算结果

3.3.1" "既有地下结构位移量

新建地下结构-怀德站B2出入口、B1-B2出入口暗挖过街通道、怀德站共建管廊暗挖段的开挖过程中，既有地下结构的整体（Z轴）位移云图显示，其竖向最大位移量为5.48mm。既有地下结构的整体（Z轴）位移云图如图2所示。

3.3.2" "新建地下结构对既有地下结构的影响

新建地下结构-怀德站B2出入口、B1-B2出入口暗挖过街通道、怀德站共建管廊暗挖段的开挖过程中，对既有地下结构-深圳地铁12号线怀德站、怀福区间、2号风亭、B1和C出入口、怀德站共建管廊明挖段，以及福永大道综合管廊产生了一定影响。新建地下结构对既有地下结构影响数据汇总如表2所示。

4" "对地下结构的监测与数据分析

4.1" "布置地面沉降监测点

在怀德站新建B2出入口、B1-B2出入口暗挖过街通道、共建管廊暗挖段施工过程中，对既有怀德站和怀福区间的地面沉降，建筑物、管线（雨水箱涵）等建（构）筑物沉降及倾斜等进行监测。监测范围为既有结构（车站、区间、既有管廊）投影地面两侧各50m。监测断面间距为10m，每个断面布置12个监测点。暗挖通道地面监测点布置断面如图3所示。

4.2" "收集监测数据

收集得到的监测数据表明：在新建地下结构施工期间，地面沉降在7.16mm以内，既有地下结构建（构）筑物沉降在6.19mm以内，满足沉降控制要求。实测数据显示在施工过程中，在新建地下结构施工过程中，对临近既有地下结构-车站和区间影响的均在可控范围内。

实际监测数据比计算结果稍大，这是因为土体参数取值与实际地层结构存在一定差异。三维计算模型偏于理想化，而现场施工存在设备操作、队伍素质等多方面因素影响，但总体偏差不大。实测结果与理论计算数据规律一致，符合控制值要求。共建管廊管幕段监测数据如表3所示。

4.3" "监测数据分析

针对临近既有怀德站和怀福区间的新建B2出入口、B1-B2出入口暗挖过街通道、怀德站共建管廊暗挖段工程，通过三维数值模拟计算分析其设计方案是否符合相关要求，对既有结构的影响是否在可控影响范围内。经过本文研究得出以下结论：

一是怀德站新建的B2出入口基坑开挖、B1-B2出入口暗挖过街通道开挖，以及怀德站共建管廊暗挖段施工在完成整个施工过程中，引起既有12号线怀德站、2号风亭、B1和C出入口、怀德站共建管廊明挖段以及福永大道综合管廊的水平位移量为1.26mm（X轴）/0.78mm（Y轴）及竖向位移量为5.48mm（Z轴）。

二是怀德站新建的B2出入口基坑开挖、B1-B2出入口暗挖过街通道开挖、以及怀德站新建共建管廊暗挖段施工在完成整个施工过程中，新建B2出入口基坑地连墙的最大水平位移量为1.26mm（往基坑内），新建B2出入口基坑地连墙的最大弯矩为286kN·m，新建B1-B2出入口暗挖过街通道的最大弯矩为601kN·m，怀德站新建共建管廊暗挖段最大弯矩为667kN·m。与施工图计算结果趋势及大小基本一致，基坑整体安全稳定性、安全可控。

三是从工程总体来看，12号线怀德站新建B2口基坑、B1-B2出入口暗挖过街通道、怀德站共建管廊暗挖段施工，对既有地下结构的影响在可控范围内，不影响既有地下结构的安全运营。

5" "结束语

本文以深圳地铁12号线怀德站和怀福区间工程为依托，采用现场实测及三维分析方法，分析新建B2出入口、B1-B2出入口暗挖过街通道、怀德站共建管廊暗挖段对既有地铁结构的影响。实测监测数据表明，地面沉降在7.16mm以内，建筑物沉降在6.19mm以内，不影响既有车站和区间安全运营，且新建工程在施工过程中安全可靠。由此证明，设计方案的初支方式及工法等符合该类临近既有结构施工情况。

参考文献

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