呂海英 朱雯蕾

摘 要：廣州南沙客運(yùn)港地下通道與既有地鐵 4 號(hào)線南沙客運(yùn)港站Ⅶ號(hào)出入口銜接工程，位于存在較厚海陸交互相沉積淤泥質(zhì)土港口區(qū)，地質(zhì)情況較復(fù)雜。文章采用數(shù)值模擬方法，分析銜接工程施工過(guò)程中引起的周邊地層變形、既有地鐵結(jié)構(gòu)變形情況。根據(jù)模擬結(jié)果，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，提出施工過(guò)程中對(duì)地層及既有地鐵結(jié)構(gòu)變形控制措施及建議，避免因變形過(guò)大而導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)破壞發(fā)生。

關(guān)鍵詞：地鐵;港口區(qū);地下通道;施工影響;控制措施

中圖分類號(hào)：TU411

0 引言

許多城市將地鐵的規(guī)劃與建設(shè)置于區(qū)域其他建（構(gòu)）筑物建設(shè)之先，為此需為先建地鐵站預(yù)留與后期建（構(gòu)）筑物的連接條件，從而實(shí)現(xiàn)交通一體化。在后期建（構(gòu)）筑物連接過(guò)程中，既有地層及地鐵的安全性問(wèn)題則是工程需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。廣州新建南沙客運(yùn)港地下通道工程與既有地鐵4號(hào)線南沙客運(yùn)港站的銜接工程處于港口區(qū)，采用明挖法施工，基底位于較厚的海陸交互相沉積淤泥質(zhì)土中，基坑施工對(duì)地層及既有車站影響較大。本文通過(guò)模擬分析銜接工程施工對(duì)地層沉降、既有車站變形的影響分析，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，提出相應(yīng)工程安全保護(hù)措施。

1 工程概況

擬建廣州市南沙客運(yùn)港地下通道工程位于廣州市南沙區(qū)沙興路地下，南起廣州市地鐵4號(hào)線南沙客運(yùn)港站 Ⅶ 號(hào)出入口通道，北至郵輪母港。地下通道全長(zhǎng)540.9m，為閉口框架結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工，基坑深度約為10 m。地鐵4號(hào)線南沙客運(yùn)港站主體結(jié)構(gòu)為三層多跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地鐵建設(shè)時(shí)在 Ⅶ 號(hào)出入口通道處預(yù)留了環(huán)梁銜接條件，圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式采用“地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐”。地下通道與既有地鐵銜接段基坑采用“灌注樁+內(nèi)支撐”支護(hù)體系，基坑外側(cè)采用單排三軸攪拌樁帷幕止水，基坑底部采用攪拌樁進(jìn)行加固。

地下通道與既有地鐵銜接工程施工影響區(qū)域主要為周邊土體、車站主體、Ⅶ 號(hào)出入口、B2號(hào)風(fēng)亭、Ⅵ 號(hào)出入口，其中，地下通道與以上結(jié)構(gòu)的距離分別為19.9m、0 m、4.9 m、45.5 m。地下通道與以上結(jié)構(gòu)相互位置關(guān)系如圖1所示，地下通道基坑斷面如圖2所示。

銜接工程處地層由上至下依次為素填土、海陸交互相沉積淤泥質(zhì)土、海陸交互相沉積中粗砂、海陸交互相沉積砂質(zhì)黏土、全～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，地下水位埋深為1.2～2.4 m。

2 數(shù)值模擬及結(jié)果分析

2.1 基本假設(shè)

鑒于巖土材料物理力學(xué)特性的復(fù)雜性在數(shù)值計(jì)算過(guò)程中難以完全模擬，本次模型結(jié)合所研究的具體問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，并采用以下假設(shè)。

（1）僅考慮正常使用工況，由于施工工期相對(duì)較短，不考慮人防、地震等偶然荷載。

（2）初始應(yīng)力場(chǎng)假定為自重應(yīng)力場(chǎng)，不考慮降水影響。

（3）圍巖材料為均質(zhì)、各向同性的連續(xù)介質(zhì)，混凝土結(jié)構(gòu)為彈性材料，土體為彈塑性材料并采用摩爾-庫(kù)倫模型。

（4）施工處于正常良好的控制條件下。

（5）基坑周邊地面超載考慮為20 kN/m2。

2.2 計(jì)算模型

本文采用專業(yè)的巖土與隧道結(jié)構(gòu)有限元分析軟件Midas GTS建立三維模型。根據(jù)地下通道基坑和地鐵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料及研究目標(biāo)，按照實(shí)際尺寸建立計(jì)算模型（圖3、圖4），模擬地下通道基坑開(kāi)挖過(guò)程對(duì)周圍地層及地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響，模型中的結(jié)構(gòu)、地層及施工場(chǎng)地地基等參數(shù)按照相關(guān)規(guī)范及勘察報(bào)告資料選取。

2.3 計(jì)算工況

根據(jù)施工步序，選取施工模擬的典型工況為：①工況1，初始狀態(tài);②工況2，施做地下通道基坑圍護(hù)樁結(jié)構(gòu);③工況3，開(kāi)挖基坑至第1道支撐下0.5 m;④工況4，施做第1道水平撐;⑤工況5，開(kāi)挖基坑至第2道支撐下0.5 m;⑥工況6，施作第2道水平撐;⑦工況7，開(kāi)挖至基坑底部;⑧工況8，施做通道底板及部分側(cè)墻;⑨工況9，拆除第2道水平撐;⑩工況10，施作剩余側(cè)墻及通道頂板; 工況11，拆除預(yù)留口側(cè)墻; 工況12，拆除第1道水平撐及回填覆土。

2.4 變形計(jì)算分析

2.4.1 地層變形分析

施工過(guò)程中土體開(kāi)挖后地層應(yīng)力釋放會(huì)造成土體卸載作用，通過(guò)對(duì)基坑開(kāi)挖支護(hù)的施工過(guò)程模擬，周邊土體三維的變形結(jié)果如表1及圖5～圖7所示。從表1及圖5～圖7計(jì)算結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

（1）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，豎向（Z）變形逐漸在增大，基坑基底發(fā)生較大回彈變形，基底回彈變形最大為15.59mm，出現(xiàn)在工況7中，基坑臨近地鐵結(jié)構(gòu)處基底回彈最大值為9.07mm。

（2）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，沿車站縱向的基坑橫向（X）變形逐漸增大，最大變形發(fā)生在工況9，變形值約為7.78 mm，最大變形部位在鋼圍檁附近，方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

（3）基坑開(kāi)挖過(guò)程中，沿車站橫向基坑橫向（Y）變形逐漸增大，最大變形發(fā)生在工況12，變形值約為2.92mm，方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

2.4.2 車站主體結(jié)構(gòu)變形分析

基坑施工會(huì)造成車站主體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，施工模擬過(guò)程中，車站主體三維的變形結(jié)果如表2及圖8～圖10所示。從表2及圖8～圖10計(jì)算結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

（1）新建基坑的施工對(duì)既有車站主體產(chǎn)生的變形影響較小，最大變形位置主要出現(xiàn)在車站主體結(jié)構(gòu)與基坑臨近區(qū)域車站側(cè)墻部位。

（2）最大沉降（Z）變形發(fā)生在工況12，最大沉降為0.08 mm，同一工況下，軌道區(qū)發(fā)生最大沉降變形，變形值為0.07 mm。

（3）沿車站主體縱向的結(jié)構(gòu)最大橫向（X）變形發(fā)生在工況7，最大橫向變形為0.07 mm，變形方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

（4）隨著基坑開(kāi)挖，沿車站主體橫向的結(jié)構(gòu)橫向（Y）變形逐步加大，最大變形發(fā)生在工況11，最大結(jié)構(gòu)橫向變形為0.29 mm，變形部位為車站與基坑臨近區(qū)域車站頂板，變形方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

2.4.3 車站附屬結(jié)構(gòu)變形分析

基坑施工會(huì)造成車站附屬結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，從施工模擬得出的車站附屬結(jié)構(gòu)三維的變形結(jié)果可以看出，新建基坑施工主要對(duì) Ⅶ 號(hào)出入口影響較大，對(duì)于B2風(fēng)亭、Ⅵ 號(hào)出入口影響很小。Ⅶ 號(hào)出入口結(jié)構(gòu)三維的變形計(jì)算結(jié)果如表3及圖11～圖13所示。可以得出以下結(jié)論。

（1）隨著基坑開(kāi)挖，車站附屬結(jié)構(gòu)豎向（Z）變形逐漸增大，Ⅶ 號(hào)出入口最大豎向變形發(fā)生在工況7，變形值為7.90 mm，變形部位為出入口通道側(cè)墻，變形方向?yàn)樯细　?/p>

（2）隨著基坑施工，附屬結(jié)構(gòu)沿X軸方向的橫向變形逐漸增大，Ⅶ 號(hào)出入口最大變形發(fā)生在工況9，變形值為6.93 mm，變形部位為出入口臨近地面區(qū)域，變形方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

（3）隨著基坑施工，附屬結(jié)構(gòu)沿Y軸方向的橫向變形逐漸增大，Ⅶ 號(hào)出入口最大變形發(fā)生在工況11，變形值為1.83 mm，變形部位為出入口通道側(cè)墻，變形方向?yàn)槠蚧觽?cè)。

2.5 變形總結(jié)

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)變形結(jié)果分析，基坑施工誘發(fā)地層及地鐵4號(hào)線南沙客運(yùn)港站各部位變形匯總于表4，由表4可見(jiàn)，在地下通道基坑施工過(guò)程中，周邊土體、地鐵車站主體和附屬結(jié)構(gòu)的最大變形量滿足DBJ/T 15-120-2017《城市軌道交通既有結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求，即豎向及橫向位移均小于15 mm容許值。

3 施工控制措施建議

考慮地下通道施工對(duì)于周邊的沉降、變形影響，為將施工影響控制在安全范圍內(nèi)，保證既有地鐵正常運(yùn)行，提出如下控制措施建議。

3.1控制指標(biāo)建議

通過(guò)數(shù)值分析表明，南沙客運(yùn)港地下通道工程實(shí)施過(guò)程中，受影響區(qū)域主要為周邊土體、軌道交通4號(hào)線南沙客運(yùn)港車站主體、Ⅶ 號(hào)出入口、Ⅵ 號(hào)出入口、B2號(hào)風(fēng)亭，根據(jù)以上變形分析結(jié)論和本工程特點(diǎn)，同時(shí)考慮到現(xiàn)有常規(guī)測(cè)量?jī)x器的監(jiān)測(cè)精度，并為后期其他工程預(yù)留一定的安全儲(chǔ)備，綜合考慮確定變形控制值如表5所示。

3.2 施工措施建議

（1）基坑降水過(guò)程中加強(qiáng)觀測(cè)。嚴(yán)格控制水流帶出的含砂土量，避免超深抽排影響地面的變形。

（2）基坑開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)，嚴(yán)禁超挖?；娱_(kāi)挖到底后，應(yīng)立即進(jìn)行通道結(jié)構(gòu)施工，第2道支撐拆除后，底板與第1道撐的間距較大，建議在臨近既有出入口一側(cè)增設(shè)豎向倒撐。

（3）嚴(yán)格控制地下通道與軌道交通連接措施。精確測(cè)量放樣，確定破除位置，分層分塊進(jìn)行破除，做好接口防水及加固措施。

（4）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。施工期間對(duì)周邊土體及既有站進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在關(guān)鍵特征點(diǎn)上，例如，Ⅶ 號(hào)出入口臨近地面處、地下通道與地鐵連接處、Ⅶ 號(hào)出入口通道與基坑臨近處等。

（5）做好施工安全防護(hù)與應(yīng)急預(yù)案。施工前需完成安全專項(xiàng)方案、安全施工技術(shù)交底等工作，需要制定針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案，保證在出現(xiàn)異常時(shí)各相關(guān)單位及人員能夠及時(shí)有效地進(jìn)行處理。

4 結(jié)論及建議

（1）對(duì)淤泥質(zhì)土的基底地層進(jìn)行旋噴注漿加固的措施是有效的。根據(jù)三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，地下通道基坑施工過(guò)程中所引起的周邊地層、地鐵車站結(jié)構(gòu)的變形均滿足相關(guān)要求。

（2）基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)及時(shí)支護(hù)，重點(diǎn)關(guān)注基坑開(kāi)挖到底、拆除第2道支撐等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的銜接施工，保證周邊環(huán)境安全。

（3）在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)既有建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，保證結(jié)構(gòu)變形的可控性。

（4）通過(guò)地下通道施工過(guò)程對(duì)車站的影響數(shù)值模擬仿真計(jì)算，可以較好地驗(yàn)證和評(píng)估工程實(shí)施的可靠性和合理性，依據(jù)模擬結(jié)果提出合理化建議。

參考文獻(xiàn)

[1]楊德春，劉建國(guó). 對(duì)建成地鐵車站結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)與施工的數(shù)值模擬分析[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2012，49（3）.

[2]楊堃. 下穿隧道對(duì)既有地鐵車站的影響研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2015.

[3]江華，張晉勛，江玉生，等. 新建盾構(gòu)隧道近距離下穿既有車站誘發(fā)結(jié)構(gòu)變形特征研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2016，53（1）.

[4]萬(wàn)良勇，宋戰(zhàn)平，曲建生，等.新建地鐵隧道“零距離”下穿既有車站施工技術(shù)分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2015，52（1）.

[5]房居旺. 盾構(gòu)隧道下穿既有地鐵車站施工影響及控制措施研究[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2019（2）.

[6]汪成兵，邵普. 地鐵車站穿越地面建筑物施工方法[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2019，53（1）.

[7]DBJ/T 15-120-2017 城市軌道交通既有結(jié)構(gòu)保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S]. 2017.

[8]GB/T 30012-2013 城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范[S]. 2013.

[9]GB 50652-2011 城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范[S]. 2011.

[10] GB 50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015版）[S]. 2010.

[11] GB 50157-2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 2013.

[12] JGJ 120-2012 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S]. 2012.

[13] GB 50108-2008 地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S]. 2008.

[14] JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]. 2008.

[15] GB 50009-2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 2012.

[16] GB 50307-2012 城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S]. 2012.

[17] 尹宏磊，韓煊. 深基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近運(yùn)營(yíng)地鐵的影響分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34 （1）.

[18] 崔昭，王磊，李軍，等. 天津某半逆作深基坑對(duì)臨近地鐵影響分析[J]. 施工技術(shù)，2019，48（1）.

[19] 周杰. 軟土地區(qū)基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵影響分析及防治措施[D]. 北京：清華大學(xué)，2017，

收稿日期 2019-12-25

責(zé)任編輯 朱開(kāi)明