摘 要：【目的】研究如何有效控制深基坑施工對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響，在此基礎(chǔ)上，研究?jī)烧呓Y(jié)構(gòu)凈距、開(kāi)挖深度及降水等因素對(duì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形的關(guān)聯(lián)性。【方法】以某市在建地鐵車站對(duì)既有地鐵線路的影響為例，采用車站主體端頭加固、圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻槽壁加固和既有線路結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)施工等技術(shù)，研究深大基坑施工過(guò)程中對(duì)地鐵既有線路的影響規(guī)律。【結(jié)果】研究表明：①地鐵隧道在建基坑施工時(shí)，在土方開(kāi)挖前對(duì)近地鐵側(cè)進(jìn)行加固是必要的；②當(dāng)在建基坑與既有地鐵線路隧道凈距大于18 m時(shí)，施工對(duì)既有地鐵線路的影響可控制在有限范圍內(nèi)；③當(dāng)土方開(kāi)挖面處于隧道底標(biāo)高以下時(shí)，隔離樁加固等措施對(duì)既有地鐵線路的保護(hù)作用將會(huì)減弱，同時(shí)受降水、開(kāi)挖速度等因素的影響，隧道變形速率會(huì)成倍增加。【結(jié)論】由此說(shuō)明，近地鐵側(cè)深大基坑施工對(duì)既有地鐵線路有影響，此影響與距離及開(kāi)挖深度存在一定的關(guān)聯(lián)，施工前應(yīng)采取主動(dòng)預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：深大基坑；既有地鐵線路；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：U456.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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

隨著我國(guó)城市軌道交通工程的發(fā)展，許多城市的軌道交通總里程不斷攀升，地鐵車站的基坑也呈現(xiàn)“大、深、近”的特點(diǎn)。近幾年，在北京、廣州、上海、杭州等城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中，基坑安全事故曾多次發(fā)生［1-2］，極大困擾著基坑的設(shè)計(jì)和施工。同時(shí)深大基坑施工過(guò)程中不可避免對(duì)周圍既有地鐵線路產(chǎn)生一定的影響。如彭智勇等［3］采用“雙排樁+斜撐”的方式對(duì)坑基進(jìn)行支護(hù)，并采用“分段+跳挖+底板封閉”方式進(jìn)行開(kāi)挖，通過(guò)對(duì)不同開(kāi)挖方案進(jìn)行對(duì)比，得到開(kāi)挖參數(shù)對(duì)隧道變形的影響規(guī)律；樂(lè)師軍［4］通過(guò)對(duì)基坑施工安全性進(jìn)行數(shù)值分析評(píng)估，提出存在的風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)的應(yīng)急防護(hù)措施，以解決近距離施工對(duì)鄰近運(yùn)營(yíng)地鐵的不良影響；張國(guó)亮［5］通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等方法，研究了緊鄰既有線不對(duì)稱超載深基坑的穩(wěn)定性與變形規(guī)律；廖偉等［6］利用數(shù)值模擬和實(shí)際監(jiān)測(cè)等方法，研究基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律對(duì)基坑安全施工和既有地鐵隧道安全運(yùn)營(yíng)的影響；陳雨蒙［7］從分期開(kāi)挖、設(shè)置板撐、基坑降水等方面，闡述了深基坑施工方案，介紹了圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系的設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明基坑影響處于可控范圍內(nèi)。如何確保既有地鐵線路的正常運(yùn)營(yíng)是施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以某市在建主體車站基坑對(duì)既有地鐵線路影響為背景，采用事先對(duì)在建車站主體西端頭加固及地連墻槽壁加固等措施，確保施工安全，控制對(duì)既有地鐵線路的影響。在施工過(guò)程中分析在建基坑與既有線隧道之間的距離與變形量之間存在的關(guān)聯(lián)，同時(shí)研究不同開(kāi)挖深度對(duì)既有線結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)今后類似項(xiàng)目有一定的借鑒作用。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

某既有線車站為地下二層雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)，島式站臺(tái)，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層，車站長(zhǎng) 226.6 m。車站頂部覆土3.0 m。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖順做法施工，基坑深14.90～16.81 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm 厚的地下連續(xù)墻。既有區(qū)間隧道采用淺埋式雙洞隧道，盾構(gòu)法施工。新建車站為中間站，地下三層島式車站，總長(zhǎng)為167 m，底板埋深為23.3～26.2 m。主體基坑圍護(hù)采用1 200 mm厚地下連續(xù)+內(nèi)支撐，站端頭左、右線平面沿線路方向采用一排旋噴樁+9 m攪拌樁進(jìn)行加固。該工程項(xiàng)目距既有隧道區(qū)間最近約15.03 m。項(xiàng)目周邊環(huán)境如圖1所示。

新建工程主體基坑頂標(biāo)高為+11.5～+12.0 m，最大埋深26.2 m，距離既有車站主體結(jié)構(gòu)最近為12.4 m，距離既有隧道最近約15.0 m。既有車站主體基坑頂標(biāo)高為+11.5～+11.9 m，埋深14.9～16.8 m，車站上部覆土3.0 m，既有區(qū)間隧道埋深約9.3 m。具體位置關(guān)系如圖2所示。

1.2 地質(zhì)概況

該施工場(chǎng)地位于秦淮河漫灘，范圍及附近無(wú)地表水體分布，地下水有孔隙潛水、孔隙承壓水和基巖裂隙水。該施工場(chǎng)地范圍內(nèi)土層自上而下主要為①-1雜填土、②-2b3-4+c3粉質(zhì)黏土粉土互層、②-2b3-4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、②-2b3-4-d3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂互層、②-3d2-3粉砂、②-3b3-4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③-4b2-3軟-可塑粉質(zhì)黏土、③-4b2-3+d2粉質(zhì)黏土夾團(tuán)塊狀粉砂、③-4e含卵礫石中粗砂、含卵礫石粉質(zhì)黏土、K1g-2強(qiáng)風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、K1g-3-1中風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，其中區(qū)間隧道位于②-2b3-4-d3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂互層、②-3d2-3粉砂處。具體地質(zhì)剖面如圖2所示。

1.3 既有區(qū)間結(jié)構(gòu)變形及病害概況

新建車站影響既有隧道區(qū)間上、下行線里程范圍K6+140～K6+485長(zhǎng)度為345 m，全長(zhǎng)690 m。

1.3.1 既有區(qū)間結(jié)構(gòu)變形況。

① 收斂情況。新建車站施工前，對(duì)既有區(qū)間隧道上下行進(jìn)行三維激光掃描普查（時(shí)間2019年12月20日），其中收斂結(jié)果顯示，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)圓上行線均小于40 mm，最大收斂值36.9 mm；下行線均小于40 mm，最大收斂值39.6 mm。具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

②沉降情況。新建車站施工前，車站結(jié)構(gòu)上行線相對(duì)于軌后初值最大沉降量為-6.0 mm，最小為-3.8 mm；區(qū)間結(jié)構(gòu)上行線相對(duì)于軌后初值最大沉降量為-6.0 mm，最小為-4.8 mm；近百日沉降速率最大為-0.030 mm/d。車站結(jié)構(gòu)下行線相對(duì)于軌后初值最大沉降量為-4.9 mm，最小為-3.1 mm；區(qū)間結(jié)構(gòu)下行線相對(duì)于軌后初值最大沉降量為-6.4 mm，最小為-4.2 mm，近百日沉降速率最大為-0.030 mm/d。

1.3.2 隧道結(jié)構(gòu)病害情況。根據(jù)掃描數(shù)據(jù)處理輸出的灰度圖及現(xiàn)場(chǎng)人工普查的照片資料顯示，提取管片有少量裂縫、掉塊、破損病害及修復(fù)痕跡，道床位置存在大量裂縫，道床板局部有泛漿、冒泥、滲水現(xiàn)象，其中上行線存在掉塊損壞及裂縫79處，下行線存在掉塊損壞及裂縫71處。掃描成圖樣式如圖3所示。

2 施工重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

2.1 工程重難點(diǎn)分析

在建車站主體與既有線隧道和既有線車站主體結(jié)構(gòu)最近距離分別為 15.03 m和14 m，根據(jù)規(guī)范要求，本站主體施工對(duì)既有線的影響等級(jí)為一級(jí)。本站施工對(duì)既有線車站及區(qū)間造成的主要影響是對(duì)結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)的影響，因此在建車站施工過(guò)程中如何嚴(yán)格控制對(duì)既有線結(jié)構(gòu)的變形影響是重點(diǎn)。

2.2 應(yīng)對(duì)措施

①主體端頭加固。新建車站端頭沿線路方向采用一排旋噴樁+9 m攪拌樁進(jìn)行加固，加固寬度為車站結(jié)構(gòu)外擴(kuò)3 m。豎向加固范圍為地面下2 m至隧道結(jié)構(gòu)下方3 m，旋噴樁直徑為800 mm，間距400 mm。

②主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)。站址范圍地質(zhì)差，車站規(guī)模較大，周邊建筑物較多，主體圍護(hù)采用1.2 m厚地下連續(xù)墻，采用H型鋼接頭形式，嵌固入中風(fēng)化巖1～2 m，地連墻成槽前應(yīng)采用直徑850 mm@600 mm三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，加固至②-3b3-4+d3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂互層下2 m。

3 監(jiān)測(cè)成果

3.1 監(jiān)測(cè)范圍及內(nèi)容

本研究綜合監(jiān)測(cè)范圍確定為隧道上下行線K6+190～K6+410，每10 m、20 m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布設(shè)46個(gè)；車站與隧道連接處共布設(shè)2組差異沉降點(diǎn)。根據(jù)外部作業(yè)工程影響等級(jí)及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用人工監(jiān)測(cè)+自動(dòng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及監(jiān)測(cè)頻率

根據(jù)類似工程保護(hù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》《建筑變形測(cè)量規(guī)范》等規(guī)范和運(yùn)營(yíng)至今的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，監(jiān)測(cè)頻率分為4個(gè)階段，第一階段為端頭加固、近地鐵側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐施工期，監(jiān)測(cè)頻率為1次/d；第二階段為土體開(kāi)挖施工底板澆筑至封閉28 d，監(jiān)測(cè)頻率為1次/d；第三階段為地下室主體施工期，監(jiān)測(cè)頻率為1次/3 d；第四階段為跟蹤期，監(jiān)測(cè)頻率為1次/10 d。該項(xiàng)目具體控制標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表3。

3.3 監(jiān)測(cè)成果及分析

3.3.1 監(jiān)測(cè)成果。

①垂直位移保護(hù)監(jiān)測(cè)階段變形量。自2020年3月19日開(kāi)始保護(hù)監(jiān)測(cè)工作，至2021年12月1日主體基坑近地鐵側(cè)出±0。對(duì)應(yīng)上行線管片結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量為-22.3 mm，下行線管片結(jié)構(gòu)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量為-3.6 mm。施工階段累計(jì)變化量曲線如圖4和圖5所示。

②垂直位移保護(hù)監(jiān)測(cè)階段變形速率。選取上下行管片結(jié)構(gòu)豎向位移數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了其沉降速率并繪制了保護(hù)監(jiān)測(cè)期間歷時(shí)沉降曲線圖，如圖6和圖7所示。

3.3.2 數(shù)據(jù)分析。

①特征點(diǎn)歷時(shí)各階段累計(jì)變化量統(tǒng)計(jì)。結(jié)合管片結(jié)構(gòu)施工各階段變化量如圖6和圖7所示，選取特征點(diǎn)SYJ14各施工階段最大變化量進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，具體見(jiàn)表4。

②特征點(diǎn)位累計(jì)變化量統(tǒng)計(jì)。結(jié)合圖4、圖5和圖8所示，選取基坑正對(duì)應(yīng)位置（SYJ11～SYJ17、SZJ11～SZJ17）及外擴(kuò)段（SYJ10、SYJ18～SYJ22、SZJ10、SZJ18～SZJ22）上下行隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)和距離基坑邊緣統(tǒng)計(jì)，具體見(jiàn)表5。

4 總結(jié)與建議

在鄰近地鐵隧道在建基坑施工過(guò)程中，為減小深基坑施工對(duì)既有地鐵線路結(jié)構(gòu)的影響，在施工前對(duì)鄰近地鐵側(cè)進(jìn)行加固及相關(guān)保護(hù)工作，使施工全過(guò)程中既有線洞內(nèi)裂縫無(wú)明顯增加，結(jié)構(gòu)無(wú)掉角，軌道扣件、接觸網(wǎng)支架無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，數(shù)據(jù)處于可控范圍內(nèi)，達(dá)到了不影響既有地鐵線路運(yùn)營(yíng)的目的。通過(guò)研究得出以下結(jié)論。

①監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整體呈現(xiàn)以基坑正對(duì)應(yīng)為最大變形，向四周圓形外擴(kuò)逐漸減弱的趨勢(shì)。上下行隧道距離基坑位置為15.0～18.0 m時(shí)，累計(jì)變形量為-22.3～-13.9 mm，均超報(bào)警值，其中SYJ11處于正影響區(qū)變形為-6.0 mm，該點(diǎn)位于隧道與車站連接處附近，與當(dāng)時(shí)端頭加固有關(guān)，故數(shù)據(jù)變化不大；當(dāng)距離處于18～25 m時(shí)，累計(jì)變形量為-9.9～-5.1 mm；當(dāng)距離為25～40 m時(shí)，累計(jì)變形量為-3.6～-2.1 mm；當(dāng)距離大于40 m時(shí)，累計(jì)變形量為-1.8 mm。

②依據(jù)表4特征點(diǎn)SYJ14各階段變形量統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)較大變形主要處于端頭加固、第5和第6層土方開(kāi)挖期間。端頭加固隔離樁施工期間產(chǎn)生的變形量為-5.1 mm，期間沉降最大變形速率為0.096 mm/d；隔離樁施工完成后，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)有很好保護(hù)作用，在前四層土方開(kāi)挖期間管片結(jié)構(gòu)存在-6.1 mm下沉，期間沉降最大變形速率為-0.034 mm/d，與施工前長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)近百日最大變形速率-0.030 mm/d相當(dāng)。當(dāng)土方開(kāi)挖第5及第6層土?xí)r，階段變形量達(dá)到-7.6 mm，期間沉降最大變形速率為-0.274 mm/d，原因是縱向開(kāi)挖面底標(biāo)高處于隧道底標(biāo)高以下，同時(shí)受降水等綜合因素影響，使得對(duì)既有線隧道影響加劇。

③在鄰近地鐵隧道在建基坑施工時(shí)，在土方開(kāi)挖前對(duì)鄰近地鐵側(cè)進(jìn)行加固是必要的，同時(shí)主體圍護(hù)采用地下連續(xù)墻，嵌巖層1～2 m，地連墻成槽前應(yīng)采用三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，對(duì)地質(zhì)條件較差的環(huán)境具有很好的控制作用，可減小深基坑施工對(duì)既有線結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)既有線隧道距離基坑大于25 m時(shí)，可以忽略施工對(duì)既有線隧道的影響。但當(dāng)土方開(kāi)挖面處于隧道底標(biāo)高以下時(shí)，隔離樁加固等措施對(duì)既有線隧道的保護(hù)作用將會(huì)減弱，同時(shí)受降水、開(kāi)挖速度和土方運(yùn)輸路線等因素的影響，隧道變形速率會(huì)成倍增加。

④施工前應(yīng)做好對(duì)既有鐵路線路的現(xiàn)狀調(diào)查，制定監(jiān)控指標(biāo)，做好應(yīng)急預(yù)案。施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，選擇科學(xué)的監(jiān)測(cè)手段，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］.2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］林作忠.某引發(fā)地鐵隧道變形的深基坑搶險(xiǎn)復(fù)工設(shè)計(jì)［J］.鐵道勘察，2014，40（4）：40-43.

［3］彭智勇，楊秀仁. 基坑分塊開(kāi)挖參數(shù)對(duì)鄰近地鐵盾構(gòu)隧道的變形影響分析［J］.中外公路，2019，39（2）：206-210.

［4］樂(lè)師軍.大型基坑施工對(duì)臨近運(yùn)營(yíng)地鐵影響分析［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2020（1）：55-59.

［5］張國(guó)亮.緊鄰既有線地鐵車站深基坑工程穩(wěn)定與變形特性研究［D］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2012.

［6］廖偉，郭鋼，雷靜，等.臨近地鐵深基坑開(kāi)挖支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律研究［C］//2021年工業(yè)建筑學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（上冊(cè)），2021：243-248.

［7］陳雨蒙.臨近既有地鐵的異形深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工［J］.山西建筑，2017，43（6）：100-102.