深基坑工程对既有地铁结构影响的研究

摘 要：【目的】研究如何有效控制深基坑施工对既有地铁结构的影响，在此基础上，研究两者结构净距、开挖深度及降水等因素对产生结构变形的关联性。【方法】以某市在建地铁车站对既有地铁线路的影响为例，采用车站主体端头加固、围护结构地连墙槽壁加固和既有线路结构监测施工等技术，研究深大基坑施工过程中对地铁既有线路的影响规律。【结果】研究表明：①地铁隧道在建基坑施工时，在土方开挖前对近地铁侧进行加固是必要的；②当在建基坑与既有地铁线路隧道净距大于18 m时，施工对既有地铁线路的影响可控制在有限范围内；③当土方开挖面处于隧道底标高以下时，隔离桩加固等措施对既有地铁线路的保护作用将会减弱，同时受降水、开挖速度等因素的影响，隧道变形速率会成倍增加。【结论】由此说明，近地铁侧深大基坑施工对既有地铁线路有影响，此影响与距离及开挖深度存在一定的关联，施工前应采取主动预防措施。

关键词：深大基坑；既有地铁线路；围护结构；结构监测

中图分类号：U456.3 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）16-0066-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.16.013

Research on the Influence of Deep Foundation Pit Engineering on the Structure of Existing Subways

WANG Junjie CAI Qianguang

（Nanjing Metro Operation Co.， Ltd.， Nanjing 210019， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to study how to effectively control the influence of deep foundation pit construction on the existing subway structure，and on this basis， the correlation analysis of the structural clear distance， excavation depth and precipitation on the formation of structural deformation is studied.[Methods] This paper takes the influence of the subway station under construction on the existing subway line in a city as an example，the influence law of deep and large foundation pit construction on the existing subway line is studied by using the technology of station main end reinforcement， retaining structure diaphragm wall reinforcement and the monitoring construction of existing line structure. [Findings] The research shows that：①It is necessary to strengthen the adjacent side of subway tunnel before the excavation;②When the net distance between the foundation pit under construction and the existing subway line is greater than 18 m， the influence of construction on the existing subway line can be controlled within the limit range;③When the excavation surface is lower than the elevation of the tunnel bottom， the protection of the subway line will be weakened by measures such as seismic isolation pile reinforcement，and at the same time， the deformation rate of the tunnel will increase exponentially under the influence of precipitation， excavation speed and other factors. [Conclusions] The results show that the construction of deep foundation pit near the subway has influence on the existing subway lines，the influence is related to the distance and excavation depth to some extent， and proactive preventive measures should be taken before construction.

Keywords： deep and large foundation pit; existing subway line; enclosure structure; structural monitoring

0 引言

随着我国城市轨道交通工程的发展，许多城市的轨道交通总里程不断攀升，地铁车站的基坑也呈现“大、深、近”的特点。近几年，在北京、广州、上海、杭州等城市轨道交通建设过程中，基坑安全事故曾多次发生［1-2］，极大困扰着基坑的设计和施工。同时深大基坑施工过程中不可避免对周围既有地铁线路产生一定的影响。如彭智勇等［3］采用“双排桩+斜撑”的方式对坑基进行支护，并采用“分段+跳挖+底板封闭”方式进行开挖，通过对不同开挖方案进行对比，得到开挖参数对隧道变形的影响规律；乐师军［4］通过对基坑施工安全性进行数值分析评估，提出存在的风险及相应的应急防护措施，以解决近距离施工对邻近运营地铁的不良影响；张国亮［5］通过现场试验、室内试验、理论分析和数值模拟等方法，研究了紧邻既有线不对称超载深基坑的稳定性与变形规律；廖伟等［6］利用数值模拟和实际监测等方法，研究基坑支护结构的力学响应规律对基坑安全施工和既有地铁隧道安全运营的影响；陈雨蒙［7］从分期开挖、设置板撑、基坑降水等方面，阐述了深基坑施工方案，介绍了围护结构及支撑体系的设计方法，现场监测结果表明基坑影响处于可控范围内。如何确保既有地铁线路的正常运营是施工中的重点和难点。本文以某市在建主体车站基坑对既有地铁线路影响为背景，采用事先对在建车站主体西端头加固及地连墙槽壁加固等措施，确保施工安全，控制对既有地铁线路的影响。在施工过程中分析在建基坑与既有线隧道之间的距离与变形量之间存在的关联，同时研究不同开挖深度对既有线结构的影响，对今后类似项目有一定的借鉴作用。

1 项目概况

1.1 工程概况

某既有线车站为地下二层双柱三跨箱形框架结构，岛式站台，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，车站长 226.6 m。车站顶部覆土3.0 m。车站主体结构采用明挖顺做法施工，基坑深14.90～16.81 m，围护结构采用800 mm 厚的地下连续墙。既有区间隧道采用浅埋式双洞隧道，盾构法施工。新建车站为中间站，地下三层岛式车站，总长为167 m，底板埋深为23.3～26.2 m。主体基坑围护采用1 200 mm厚地下连续+内支撑，站端头左、右线平面沿线路方向采用一排旋喷桩+9 m搅拌桩进行加固。该工程项目距既有隧道区间最近约15.03 m。项目周边环境如图1所示。

新建工程主体基坑顶标高为+11.5～+12.0 m，最大埋深26.2 m，距离既有车站主体结构最近为12.4 m，距离既有隧道最近约15.0 m。既有车站主体基坑顶标高为+11.5～+11.9 m，埋深14.9～16.8 m，车站上部覆土3.0 m，既有区间隧道埋深约9.3 m。具体位置关系如图2所示。

1.2 地质概况

该施工场地位于秦淮河漫滩，范围及附近无地表水体分布，地下水有孔隙潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。该施工场地范围内土层自上而下主要为①-1杂填土、②-2b3-4+c3粉质黏土粉土互层、②-2b3-4淤泥质粉质黏土、粉质黏土、②-2b3-4-d3淤泥质粉质黏土、粉砂互层、②-3d2-3粉砂、②-3b3-4淤泥质粉质黏土、③-4b2-3软-可塑粉质黏土、③-4b2-3+d2粉质黏土夹团块状粉砂、③-4e含卵砾石中粗砂、含卵砾石粉质黏土、K1g-2强风化泥岩、泥质粉砂岩、K1g-3-1中风化泥岩、泥质粉砂岩，其中区间隧道位于②-2b3-4-d3淤泥质粉质黏土、粉砂互层、②-3d2-3粉砂处。具体地质剖面如图2所示。

1.3 既有区间结构变形及病害概况

新建车站影响既有隧道区间上、下行线里程范围K6+140～K6+485长度为345 m，全长690 m。

1.3.1 既有区间结构变形况。

① 收敛情况。新建车站施工前，对既有区间隧道上下行进行三维激光扫描普查（时间2019年12月20日），其中收敛结果显示，相对于标准圆上行线均小于40 mm，最大收敛值36.9 mm；下行线均小于40 mm，最大收敛值39.6 mm。具体统计结果见表1和表2。

②沉降情况。新建车站施工前，车站结构上行线相对于轨后初值最大沉降量为-6.0 mm，最小为-3.8 mm；区间结构上行线相对于轨后初值最大沉降量为-6.0 mm，最小为-4.8 mm；近百日沉降速率最大为-0.030 mm/d。车站结构下行线相对于轨后初值最大沉降量为-4.9 mm，最小为-3.1 mm；区间结构下行线相对于轨后初值最大沉降量为-6.4 mm，最小为-4.2 mm，近百日沉降速率最大为-0.030 mm/d。

1.3.2 隧道结构病害情况。根据扫描数据处理输出的灰度图及现场人工普查的照片资料显示，提取管片有少量裂缝、掉块、破损病害及修复痕迹，道床位置存在大量裂缝，道床板局部有泛浆、冒泥、渗水现象，其中上行线存在掉块损坏及裂缝79处，下行线存在掉块损坏及裂缝71处。扫描成图样式如图3所示。

2 施工重难点及应对措施

2.1 工程重难点分析

在建车站主体与既有线隧道和既有线车站主体结构最近距离分别为 15.03 m和14 m，根据规范要求，本站主体施工对既有线的影响等级为一级。本站施工对既有线车站及区间造成的主要影响是对结构及运营的影响，因此在建车站施工过程中如何严格控制对既有线结构的变形影响是重点。

2.2 应对措施

①主体端头加固。新建车站端头沿线路方向采用一排旋喷桩+9 m搅拌桩进行加固，加固宽度为车站结构外扩3 m。竖向加固范围为地面下2 m至隧道结构下方3 m，旋喷桩直径为800 mm，间距400 mm。

②主体围护结构。站址范围地质差，车站规模较大，周边建筑物较多，主体围护采用1.2 m厚地下连续墙，采用H型钢接头形式，嵌固入中风化岩1～2 m，地连墙成槽前应采用直径850 mm@600 mm三轴搅拌桩进行槽壁加固，加固至②-3b3-4+d3淤泥质粉质黏土、粉砂互层下2 m。

3 监测成果

3.1 监测范围及内容

本研究综合监测范围确定为隧道上下行线K6+190～K6+410，每10 m、20 m布设一个监测点，共布设46个；车站与隧道连接处共布设2组差异沉降点。根据外部作业工程影响等级及工程实践经验，采用人工监测+自动监测相结合的手段进行监测。

3.2 监测指标及监测频率

根据类似工程保护经验，结合《城市轨道交通结构安全保护技术规范》《城市轨道交通工程监测技术规范》《建筑变形测量规范》等规范和运营至今的结构现状，监测频率分为4个阶段，第一阶段为端头加固、近地铁侧围护结构和支撑施工期，监测频率为1次/d；第二阶段为土体开挖施工底板浇筑至封闭28 d，监测频率为1次/d；第三阶段为地下室主体施工期，监测频率为1次/3 d；第四阶段为跟踪期，监测频率为1次/10 d。该项目具体控制标准详见表3。

3.3 监测成果及分析

3.3.1 监测成果。

①垂直位移保护监测阶段变形量。自2020年3月19日开始保护监测工作，至2021年12月1日主体基坑近地铁侧出±0。对应上行线管片结构竖向位移监测点累计变化量为-22.3 mm，下行线管片结构竖向位移监测点累计变化量为-3.6 mm。施工阶段累计变化量曲线如图4和图5所示。

②垂直位移保护监测阶段变形速率。选取上下行管片结构竖向位移数据，统计了其沉降速率并绘制了保护监测期间历时沉降曲线图，如图6和图7所示。

3.3.2 数据分析。

①特征点历时各阶段累计变化量统计。结合管片结构施工各阶段变化量如图6和图7所示，选取特征点SYJ14各施工阶段最大变化量进行数据统计，具体见表4。

②特征点位累计变化量统计。结合图4、图5和图8所示，选取基坑正对应位置（SYJ11～SYJ17、SZJ11～SZJ17）及外扩段（SYJ10、SYJ18～SYJ22、SZJ10、SZJ18～SZJ22）上下行隧道监测点进行数据和距离基坑边缘统计，具体见表5。

4 总结与建议

在邻近地铁隧道在建基坑施工过程中，为减小深基坑施工对既有地铁线路结构的影响，在施工前对邻近地铁侧进行加固及相关保护工作，使施工全过程中既有线洞内裂缝无明显增加，结构无掉角，轨道扣件、接触网支架无松动现象，数据处于可控范围内，达到了不影响既有地铁线路运营的目的。通过研究得出以下结论。

①监测数据整体呈现以基坑正对应为最大变形，向四周圆形外扩逐渐减弱的趋势。上下行隧道距离基坑位置为15.0～18.0 m时，累计变形量为-22.3～-13.9 mm，均超报警值，其中SYJ11处于正影响区变形为-6.0 mm，该点位于隧道与车站连接处附近，与当时端头加固有关，故数据变化不大；当距离处于18～25 m时，累计变形量为-9.9～-5.1 mm；当距离为25～40 m时，累计变形量为-3.6～-2.1 mm；当距离大于40 m时，累计变形量为-1.8 mm。

②依据表4特征点SYJ14各阶段变形量统计，发现较大变形主要处于端头加固、第5和第6层土方开挖期间。端头加固隔离桩施工期间产生的变形量为-5.1 mm，期间沉降最大变形速率为0.096 mm/d；隔离桩施工完成后，对地铁结构有很好保护作用，在前四层土方开挖期间管片结构存在-6.1 mm下沉，期间沉降最大变形速率为-0.034 mm/d，与施工前长期结构监测近百日最大变形速率-0.030 mm/d相当。当土方开挖第5及第6层土时，阶段变形量达到-7.6 mm，期间沉降最大变形速率为-0.274 mm/d，原因是纵向开挖面底标高处于隧道底标高以下，同时受降水等综合因素影响，使得对既有线隧道影响加剧。

③在邻近地铁隧道在建基坑施工时，在土方开挖前对邻近地铁侧进行加固是必要的，同时主体围护采用地下连续墙，嵌岩层1～2 m，地连墙成槽前应采用三轴搅拌桩进行槽壁加固，对地质条件较差的环境具有很好的控制作用，可减小深基坑施工对既有线结构的影响。当既有线隧道距离基坑大于25 m时，可以忽略施工对既有线隧道的影响。但当土方开挖面处于隧道底标高以下时，隔离桩加固等措施对既有线隧道的保护作用将会减弱，同时受降水、开挖速度和土方运输路线等因素的影响，隧道变形速率会成倍增加。

④施工前应做好对既有铁路线路的现状调查，制定监控指标，做好应急预案。施工过程中应加强监测，选择科学的监测手段，做到实时监测。

参考文献：

［1］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［2］林作忠.某引发地铁隧道变形的深基坑抢险复工设计［J］.铁道勘察，2014，40（4）：40-43.

［3］彭智勇，杨秀仁. 基坑分块开挖参数对邻近地铁盾构隧道的变形影响分析［J］.中外公路，2019，39（2）：206-210.

［4］乐师军.大型基坑施工对临近运营地铁影响分析［J］.现代城市轨道交通，2020（1）：55-59.

［5］张国亮.紧邻既有线地铁车站深基坑工程稳定与变形特性研究［D］.长沙：中南大学，2012.

［6］廖伟，郭钢，雷静，等.临近地铁深基坑开挖支护结构力学响应规律研究［C］//2021年工业建筑学术交流会论文集（上册），2021：243-248.

［7］陈雨蒙.临近既有地铁的异形深基坑支护设计与施工［J］.山西建筑，2017，43（6）：100-102.