莫暖嬌

廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000

在地鐵和城際鐵路不斷發(fā)展的背景下，鄰近既有線的物業(yè)開發(fā)也迅速增加，周邊物業(yè)越是鄰近地鐵或城際鐵路，其商業(yè)價(jià)值越高。與此同時(shí)，越是鄰近既有線開挖基坑，其風(fēng)險(xiǎn)也越大。基坑與既有線之間的作用是相互的，一方面，既有線對(duì)列車路基的沉降要求很高，基坑開挖會(huì)引起既有線的沉降，需要采取合理的措施控制沉降；另一方面，鄰近既有線開挖基坑，既有線對(duì)基坑產(chǎn)生了附加荷載，需要合理加強(qiáng)基坑支護(hù)措施。王培鑫等[1]基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得出在坡頂注雙液漿能夠控制地表與路基沉降，減少后續(xù)基坑開挖對(duì)鄰近路基的影響。高立剛等[2]研究了在既有線單側(cè)和雙側(cè)分別開挖對(duì)既有鐵路的變形影響，得出采用雙側(cè)開挖基坑的方式可有效減小既有路基的水平位移量。李梅芳等[3]研究深基坑開挖對(duì)鄰近既有線的動(dòng)力響應(yīng)，得出基坑開挖過程中水平動(dòng)位移增長(zhǎng)率大于豎向動(dòng)位移增長(zhǎng)率，但從絕對(duì)值而言，變形仍以豎向動(dòng)位移為主。文章研究的主要內(nèi)容為鄰近既有線一側(cè)進(jìn)行基坑開挖，分析其對(duì)既有明挖車站和暗挖區(qū)間的影響，并采用三維數(shù)值模擬計(jì)算確定合理的支護(hù)體系和開挖工序，降低基坑開挖對(duì)鄰近既有線的影響且滿足規(guī)范要求。

1 工程概況

某項(xiàng)目開發(fā)地塊鄰近既有城際鐵路，其東南側(cè)為在建城際鐵路暗改明段，其余段為暗挖隧道。開發(fā)地塊基坑寬約90m、長(zhǎng)約200m，基坑深約17m，距離既有隧道暗改明段水平距離約36m，圍護(hù)方式主要為灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索的方式，部分區(qū)域加設(shè)支撐支護(hù)。既有鐵路明挖段局部采用明挖法施工，基坑長(zhǎng)度為276m，平均寬度為25.8m，平均深度為25.7m，共三層主體結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1200@1400mm鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐。該段基坑外側(cè)采用雙排φ800@600mm旋噴樁止水?；优c既有線的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 基坑總平面圖

2 數(shù)值模擬

2.1 模型建立

考慮到施工過程中的空間效應(yīng)，計(jì)算模型取基坑工程與既有城際鐵路結(jié)構(gòu)的有效影響范圍，此次數(shù)值計(jì)算中取長(zhǎng)363m、寬251.83m，自地表73m厚的土體作為分析范圍，重點(diǎn)分析既有城際鐵路結(jié)構(gòu)及區(qū)間受周邊基坑施工產(chǎn)生的位移及受力情況。

此次計(jì)算模型中周圍土體采用實(shí)體單元，不同的土層采用不同的材料模擬，進(jìn)行邊界條件的選取時(shí)除了頂面取為自由邊界，其他面均取法向約束。角撐、剛構(gòu)柱采用梁?jiǎn)卧M，隧道結(jié)構(gòu)、暗改明段結(jié)構(gòu)均采用板單元模擬，對(duì)基坑工程、既有結(jié)構(gòu)范圍及周邊重點(diǎn)分析的部位網(wǎng)格剖分加密。數(shù)值模型如圖2所示。

圖2 數(shù)值模型

2.2 參數(shù)選取

該站地質(zhì)特點(diǎn)是淤泥質(zhì)土層較厚，礫砂層具有微承壓性，其他土層均為相對(duì)不透水層。地層參數(shù)如表1所示，支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2所示。

表1 地層參數(shù)

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.3 施工工序

經(jīng)驗(yàn)算，1、2、3號(hào)通道同時(shí)開挖，既有線豎向位移達(dá)到10mm，不滿足要求。方案對(duì)開挖工序進(jìn)行優(yōu)化，1、3號(hào)通道先開挖到底，1、3號(hào)通道以外區(qū)域頂部降土2m，預(yù)留反壓土來控制基坑開挖對(duì)鄰近既有線變形的影響。在1、3號(hào)通道主體實(shí)施完畢后盡快回填部分反壓土區(qū)域，待地塊地下室施工完成后方可開挖反壓土，施工消防通道。

該工程既有主體及區(qū)間隧道土建施工已經(jīng)建成，周邊基坑開挖工序如表3所示。

表3 計(jì)算模擬工序

2.4 結(jié)果分析

（1）基坑開挖對(duì)暗挖區(qū)間的影響。1、3號(hào)通道基坑施工對(duì)既有暗挖區(qū)間及地表產(chǎn)生了一定程度的附加位移，為直觀了解施工工序與附加位移的變化規(guī)律，統(tǒng)計(jì)出了不同施工階段下隧道結(jié)構(gòu)最大位移結(jié)果，如表4所示。

表4 不同施工階段下隧道結(jié)構(gòu)最大位移結(jié)果 單位：mm

隧道結(jié)構(gòu)總位移最大值絕對(duì)值、豎向位移最大值絕對(duì)值、X方向位移最大值絕對(duì)值、Y方向位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化情況分別如圖3～圖6所示。

圖3 隧道結(jié)構(gòu)總位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化曲線

圖4 隧道結(jié)構(gòu)豎向位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化曲線

圖5 隧道結(jié)構(gòu)X方向位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化曲線

圖6 隧道結(jié)構(gòu)Y方向位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化曲線

由圖3～圖6得出，側(cè)墻開洞時(shí)位移變化速率較大，應(yīng)加強(qiáng)開洞處的構(gòu)造措施；隨著基坑開挖，總位移不斷增大，最大位移值為2.045mm；1、3號(hào)通道距離既有隧道較近，在開挖到基底時(shí)，隧道呈現(xiàn)上浮的狀態(tài)，最大上浮位移為0.384mm，隨著通道結(jié)構(gòu)施工和覆土回填，又呈現(xiàn)沉降狀態(tài)，最大沉降值為0.890mm，豎向位移滿足我國(guó)鐵路路基動(dòng)變形3.5mm的控制標(biāo)準(zhǔn)[4]。

為了反映區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的位移及受力集中部位，提取出基坑施工后對(duì)既有城際隧道結(jié)構(gòu)總位移云圖和豎向位移云圖，如圖7、圖8所示。

圖7 通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后既有城際隧道結(jié)構(gòu)總位移云圖

圖8 通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工后既有城際隧道結(jié)構(gòu)豎向位移云圖

（2）基坑開挖對(duì)明挖結(jié)構(gòu)的影響。1、3號(hào)通道基坑施工對(duì)既有明挖結(jié)構(gòu)及地表產(chǎn)生了一定程度的附加位移，為直觀了解施工工序與附加位移的變化規(guī)律，統(tǒng)計(jì)出了不同施工階段下隧道結(jié)構(gòu)最大位移結(jié)果，如表5所示。

表5 不同施工階段下明挖結(jié)構(gòu)最大位移結(jié)果 單位：mm

明挖結(jié)構(gòu)總位移最大值絕對(duì)值、豎向位移最大值絕對(duì)值、X方向位移最大值絕對(duì)值、Y方向位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化情況分別如圖9～圖12所示。

圖9 明挖結(jié)構(gòu)總位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化曲線

圖10 明挖結(jié)構(gòu)豎向位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化曲線

圖11 明挖結(jié)構(gòu)X方向位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化曲線

圖12 明挖結(jié)構(gòu)Y方向位移最大值絕對(duì)值隨施工步序變化曲線

由圖9～圖12得出，側(cè)墻開洞時(shí)位移變化速率較大，應(yīng)加強(qiáng)開洞處的構(gòu)造措施；隨著基坑開挖，總位移不斷增大，最大位移值為7.781mm；1、3號(hào)通道距離既有隧道較近，在開挖到基底時(shí)，隧道呈現(xiàn)上浮的狀態(tài)，最大上浮位移為1.973mm，隨著通道結(jié)構(gòu)施工和覆土回填，又呈現(xiàn)沉降狀態(tài)，最大沉降值為2.129mm，豎向位移滿足我國(guó)鐵路路基動(dòng)變形3.5mm的控制標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3 對(duì)比分析

根據(jù)三維有限元分析計(jì)算，基坑施工對(duì)鄰近城際結(jié)構(gòu)存在一定的影響，引起既有城際鐵路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變形，明挖段水平位移最大值約為7.57mm，暗挖隧道水平位移最大值為1.865mm，均滿足控制指標(biāo)要求，但基坑開挖對(duì)明挖工法的結(jié)構(gòu)影響大于暗挖工法[5-6]。

后期施工的疏散通道引起既有城際鐵路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變形，暗改明段水平位移最大值約為6.872mm，滿足控制指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

（1）在軟土地區(qū)，土的壓縮性能較低，基坑開挖對(duì)鄰近既有線擾動(dòng)較大，在開挖前需要對(duì)既有線鄰近土體進(jìn)行加固處理。

（2）建議1、2、3號(hào)通道拆第二道支撐之前，在通道底板處設(shè)置斜撐，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與側(cè)墻間間隙應(yīng)采用硬性材料填充。

（3）施工期間應(yīng)對(duì)該項(xiàng)目周邊地鐵結(jié)構(gòu)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)值模擬分析提前采取相應(yīng)措施控制結(jié)構(gòu)變形，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)其對(duì)城際的實(shí)際影響，對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行校核調(diào)整、信息化設(shè)計(jì)，以確保工程安全。