利用既有車(chē)站作為重力式擋墻的換乘車(chē)站深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

姚燕明，趙豫鄂

(1.寧波市軌道交通工程建設(shè)指揮部，浙江 寧波 315100;2.浙江華展工程研究設(shè)計(jì)院，浙江 寧波 315000)

利用既有車(chē)站作為重力式擋墻的換乘車(chē)站深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

姚燕明1，趙豫鄂2

(1.寧波市軌道交通工程建設(shè)指揮部，浙江 寧波 315100;2.浙江華展工程研究設(shè)計(jì)院，浙江 寧波 315000)

寧波軌道交通1號(hào)線T形換乘大卿橋車(chē)站同步施工了換乘節(jié)點(diǎn)，1號(hào)線已建車(chē)站為地下二層，后建4號(hào)線換乘車(chē)站為地下三層，后建車(chē)站深基坑施工需對(duì)既有的車(chē)站進(jìn)行保護(hù)。采用三維有限元分析比選了不同基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案對(duì)既有車(chē)站變形和內(nèi)力的影響，從而確定合理的支護(hù)方案，并將計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明:已建車(chē)站整體縱向剛度大，能夠有效減少基坑開(kāi)挖引起的變形，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中可以對(duì)既有車(chē)站結(jié)構(gòu)不設(shè)置斜支撐。利用既有車(chē)站結(jié)構(gòu)作為重力式擋墻有利于減少施工工序，縮短施工周期。

基坑 換乘車(chē)站 重力式擋墻

對(duì)于城市規(guī)劃的軌道交通線網(wǎng)，由于線路條件不穩(wěn)定、規(guī)劃調(diào)整等，換乘車(chē)站常常無(wú)法同步實(shí)施，經(jīng)常只能同期實(shí)施換乘節(jié)點(diǎn)。在后期新建換乘車(chē)站施工時(shí)，不可避免地需要對(duì)既有換乘車(chē)站進(jìn)行保護(hù)。如上海地鐵2號(hào)線東方路車(chē)站后建平行換乘車(chē)站施工對(duì)既有車(chē)站的保護(hù)［1-2］，天津?yàn)I海軟土地區(qū)某換乘車(chē)站基坑開(kāi)挖施工對(duì)既有運(yùn)營(yíng)線路的保護(hù)等［3］。

寧波軌道交通1號(hào)線在施工過(guò)程中，與4號(hào)線換乘位置由于規(guī)劃條件尚不穩(wěn)定，只同步實(shí)施了換乘節(jié)點(diǎn)。在1號(hào)通車(chē)運(yùn)營(yíng)以后，4號(hào)線后建車(chē)站基坑設(shè)計(jì)時(shí)，需要與已經(jīng)實(shí)施的換乘節(jié)點(diǎn)對(duì)接，利用既有的車(chē)站作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一端。寧波為典型的軟土地區(qū)，根據(jù)1號(hào)線地下車(chē)站基坑的施工經(jīng)驗(yàn)，基坑施工過(guò)程中的土體流變變形影響大，基坑開(kāi)挖時(shí)間越長(zhǎng)引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形越大，因此必須快速連續(xù)施工來(lái)控制基坑變形。

參照沉管隧道靠近河岸的格柵連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案［4］，靠河岸一側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為無(wú)支撐的重力式支擋結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)基坑支護(hù)時(shí)，將既有車(chē)站結(jié)構(gòu)作為基坑一側(cè)的重力式擋墻，從而簡(jiǎn)化基坑開(kāi)挖工序，縮短車(chē)站施工周期。但該方案能否保證車(chē)站結(jié)構(gòu)在基坑開(kāi)挖過(guò)程中的安全，有待研究。因此在確定方案前，采用三維有限元計(jì)算比選不同基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案對(duì)既有車(chē)站變形和內(nèi)力的影響，通過(guò)分析確定合理的支護(hù)方案。

1 工程概況

已建1號(hào)線車(chē)站為地下二層，雙柱三跨結(jié)構(gòu)，底板埋深約16.0 m，施工時(shí)已將地下三層的換乘節(jié)點(diǎn)施工完畢，車(chē)站已經(jīng)通車(chē)運(yùn)營(yíng)。新建換乘車(chē)站為地下三層，兩線呈T形換乘，換乘車(chē)站總平面如圖1所示。

圖1 換乘車(chē)站總平面

新建車(chē)站基坑采用明挖法施工，標(biāo)準(zhǔn)段深約23.2 m，寬22.5 m，基坑長(zhǎng)度約138.0 m。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.0 m厚地下連續(xù)墻，插入比約1∶1。豎向設(shè)7道支撐，其中第1道、第5道為混凝土支撐，其余5道為φ609壁厚16 mm鋼支撐，支撐中部設(shè)置了格構(gòu)柱。

由于第5道混凝土支撐下土層較差，考慮到混凝土支撐施作時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)該道支撐下土體采取抽條+裙邊的攪拌樁加固方式。車(chē)站底板基本位于⑤1黏土層，土性較好，根據(jù)類(lèi)似工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，無(wú)需加固。標(biāo)準(zhǔn)段基坑剖面如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)段基坑剖面(標(biāo)高單位:m;尺寸單位:mm)

換乘車(chē)站場(chǎng)地土體分層情況以及土體參數(shù)如表1所示。

2 有限元模擬

2.1 模型的建立

在分析后建換乘車(chē)站基坑開(kāi)挖對(duì)既有換乘車(chē)站的影響時(shí)，采用考慮土體—結(jié)構(gòu)共同作用的整體三維模型計(jì)算［5-7］。整體模型如圖3所示，整個(gè)模型模擬的范圍為350 m×290 m×100 m。模型的四周邊界施加水平方向位移約束，模型底部施加豎直方向位移約束。數(shù)值模擬中新建換乘車(chē)站基坑與既有換乘車(chē)站結(jié)構(gòu)相對(duì)位置如圖4所示。

根據(jù)寧波地區(qū)類(lèi)似工程的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反演分析，采取修正摩爾—庫(kù)倫模型。修正摩爾—庫(kù)倫模型是一種改進(jìn)了的模擬巖土行為的模型，適用于黏土、砂土等各種土性土體。對(duì)于以軟弱黏土層為主的寧波地區(qū)，采用修正摩爾—庫(kù)倫模型比較適用。

表1 主要土層參數(shù)

圖3 整體模型

圖4 換乘車(chē)站結(jié)構(gòu)位置關(guān)系

圍護(hù)結(jié)構(gòu)、圈梁、支撐以及既有換乘車(chē)站的結(jié)構(gòu)均采用線彈性材料來(lái)模擬，其中圈梁、支撐和既有換乘車(chē)站的柱采用梁?jiǎn)卧M，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和既有換乘車(chē)站的樓板結(jié)構(gòu)采用板單元模擬。

2.2 方案對(duì)比

在研究的支護(hù)設(shè)計(jì)方案中，重點(diǎn)對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中既有車(chē)站結(jié)構(gòu)上是否設(shè)置斜支撐進(jìn)行了討論，支護(hù)方案如圖5所示。兩者優(yōu)缺點(diǎn)如下:

圖5 兩種方案的支護(hù)平面

方案1:對(duì)既有車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)置斜支撐。該方案有利于開(kāi)挖過(guò)程中控制既有車(chē)站的變形，但是由于該斜支撐一端設(shè)置在換乘節(jié)點(diǎn)位置的連續(xù)墻上，需要在連續(xù)墻上植筋預(yù)埋鋼板或者設(shè)置鋼圍檁，增加施工工序。同時(shí)在基坑開(kāi)挖到底后，新建換乘車(chē)站結(jié)構(gòu)不能直接和換乘節(jié)點(diǎn)連接，必須隨新建車(chē)站結(jié)構(gòu)逐步回筑拆除斜支撐以后，才能將換乘節(jié)點(diǎn)位置連續(xù)墻鑿除，再澆筑該后澆帶實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)聯(lián)通，增加了結(jié)構(gòu)貫通時(shí)間和基坑的暴露時(shí)間。

方案2:將既有車(chē)站作為基坑一端的重力式擋墻。該方案可以在基坑開(kāi)挖后，隨著新建車(chē)站結(jié)構(gòu)的澆筑，直接鑿除換乘節(jié)點(diǎn)位置的連續(xù)墻，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)直接聯(lián)通。該方案不僅可以減少施工工序和支撐設(shè)置的難度，而且可以提前約2.5個(gè)月實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)貫通。但是否可以在基坑開(kāi)挖過(guò)程中將既有車(chē)站作為基坑的重力式擋墻，需要計(jì)算分析確定。

3 計(jì)算結(jié)果分析

圖6為基坑開(kāi)挖結(jié)束后，在換乘節(jié)點(diǎn)位置既有車(chē)站的水平位移隨深度變化曲線。

從圖6可以看出，無(wú)論是否在既有換乘車(chē)站上設(shè)置支撐，基坑開(kāi)挖到底時(shí)連續(xù)墻墻身水平位移的趨勢(shì)大致相同，墻身最大水平位移位于坑底附近。方案1既有車(chē)站結(jié)構(gòu)水平位移最大值為6.7 mm;方案2既有車(chē)站結(jié)構(gòu)水平位移最大值為7.4 mm。

圖6 換乘節(jié)點(diǎn)位置既有車(chē)站水平位移隨深度變化曲線

圖7為基坑開(kāi)挖到底時(shí)，在換乘節(jié)點(diǎn)中部連續(xù)墻墻身彎矩隨深度變化曲線?？梢?jiàn)，兩方案連續(xù)墻墻身彎矩變化趨勢(shì)大致相同，彎矩變化差別較小，與方案1相比，方案2最大彎矩增大了約12%。

圖7 連續(xù)墻墻身彎矩隨深度變化曲線

綜上，方案2將既有車(chē)站作為基坑重力式擋墻，開(kāi)挖過(guò)程中既有車(chē)站水平位移增大約10%，車(chē)站結(jié)構(gòu)水平位移最大值7.4 mm，符合設(shè)計(jì)對(duì)地鐵車(chē)站的保護(hù)要求;同時(shí)兩方案連續(xù)墻內(nèi)力差別較小，均符合設(shè)計(jì)要求。因此最終采用了方案2，利用既有車(chē)站作為基坑的重力式擋墻，取消該側(cè)基坑端部的斜支撐。

同時(shí)為了進(jìn)行開(kāi)挖階段的風(fēng)險(xiǎn)控制，明確了在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，當(dāng)車(chē)站結(jié)構(gòu)變形超過(guò)10 mm的警戒值時(shí)，要停止開(kāi)挖，增設(shè)斜支撐作為應(yīng)急處置方案。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)計(jì)算分析，確定采用將既有1號(hào)線車(chē)站作為重力式擋墻的基坑設(shè)計(jì)方案，在4號(hào)線基坑開(kāi)挖過(guò)程

中，重點(diǎn)對(duì)已運(yùn)營(yíng)的車(chē)站進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè)。1號(hào)線已運(yùn)營(yíng)車(chē)站共設(shè)置了21個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在新?lián)Q乘車(chē)站基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中，既有車(chē)站變形較為穩(wěn)定，整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)水平位移不到5 mm，最大變形發(fā)生在換乘節(jié)點(diǎn)中部。

而在新建車(chē)站長(zhǎng)條形基坑標(biāo)準(zhǔn)段，開(kāi)挖至坑底時(shí)，監(jiān)測(cè)的連續(xù)墻最大水平位移達(dá)到43.2 mm。根據(jù)浙江省《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》［8］，一級(jí)基坑的變形控制值為基坑深度的0.2%～0.5%，可見(jiàn)該變形值在允許范圍內(nèi)。因?yàn)樵趽Q乘節(jié)點(diǎn)位置，既有車(chē)站結(jié)構(gòu)縱向剛度較大，所以在基坑開(kāi)挖過(guò)程中該側(cè)換乘節(jié)點(diǎn)位置車(chē)站結(jié)構(gòu)變形遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)段基坑連續(xù)墻水平位移。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)寧波軌道交通4號(hào)線換乘車(chē)站基坑施工對(duì)既有1號(hào)線車(chē)站的影響分析，確定了基坑的合理支護(hù)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)方案計(jì)算結(jié)果與基坑開(kāi)挖結(jié)束后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了該方案的合理性。

由于既有車(chē)站結(jié)構(gòu)為箱形混凝土整體澆筑，縱向剛度大，在新建換乘車(chē)站基坑端部開(kāi)挖過(guò)程中可以不對(duì)既有車(chē)站設(shè)置斜支撐。

對(duì)于軟土地區(qū)類(lèi)似預(yù)留換乘節(jié)點(diǎn)的車(chē)站，后期基坑開(kāi)挖時(shí)，可以先通過(guò)計(jì)算分析，在滿(mǎn)足變形和內(nèi)力要求的前提下，將既有車(chē)站結(jié)構(gòu)作為基坑重力式擋墻。這樣不僅可以減少支撐設(shè)置的難度，有效地簡(jiǎn)化施工工序，而且可以縮短施工周期，提前實(shí)現(xiàn)新建車(chē)站與既有換乘節(jié)點(diǎn)的連接。

［1］曾遠(yuǎn)，李志高，王毅斌.基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵車(chē)站影響因素研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2005，1(4):642-645.

［2］姚燕明，孫巍，陳緒祿，等.老車(chē)站縱向約束長(zhǎng)度對(duì)換乘站基坑變形影響的敏感性分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(4):678-681.

［3］張健，張宇亭.天津?yàn)I海軟土地區(qū)地鐵車(chē)站開(kāi)挖基坑穩(wěn)定性分析［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2014，31(4):103-106.

［4］張玉成，楊光華，胡海英，等.格柵式連續(xù)墻在沉管隧道護(hù)岸工程支護(hù)中的應(yīng)用［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34(增 1): 440-446.

［5］陸新征，宋二祥，吉林，等.某特深基坑考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體共同作用的三維有限元分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2003，25 (4):488-491.

［6］孫洋波，袁聚云.長(zhǎng)峰商城超大型基坑臨近地鐵側(cè)的施工保護(hù)措施［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28(增):1712-1715.

［7］高盟，高廣運(yùn)，馮世進(jìn)，等.基坑開(kāi)挖引起緊貼運(yùn)營(yíng)地鐵車(chē)站的變形控制研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30(6):818-823.

［8］浙江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.DB33/T 1096—2014 建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程［S］.杭州:浙江工商大學(xué)出版社，2014.

Design scheme of deep foundation pit support of transfer metro station taking advantage of existing station as gravity retaining wall

YAO Yanming1，ZHAO Yu'e2
(1.Ningbo Urban Rail Transit Management Department，Ningbo Zhejiang 315100，China; 2.Zhejiang Huazhan Institute of Engineering Research and Design，Ningbo Zhejiang 315000，China)

T he transfer node of the“T”shaped Daqing Bridge transfer metro station in Ningbo rail transit line 1 was constructed synchronously，the underground two storey building of the line 1 station was built，the later transfer metro station of line 4 is a underground three storey building，and the deep foundation pit construction of later metro station needs the protection of existing stations.T he influence of the different foundation pit support design scheme on the deformation and internal force of existing station was analyzed by using three-dimension finite element，the reasonable support plan was determined，and the calculation results and the monitoring data were compared.T he results showed the deformation of the station caused by foundation pit excavation could be reduced efficiently due to the big whole longitudinal stiffness of the existing station，the inclined brace of the foundation pit don't need to be set for the existing station structure during foundation pit excavation，which means using existing railway station structure as a gravity retaining wall could reduce the construction process and shorten the construction cycle effectively.

Foundation pit;T ransfer metro station;Gravity retaining wall

TU94+1;U231+.4

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.09.25

(責(zé)任審編 葛全紅)

2015-02-10;

:2015-07-10

寧波市社會(huì)發(fā)展領(lǐng)域科技攻關(guān)項(xiàng)目(2014C50036)

姚燕明(1977— )，男，江西南昌人，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士。

1003-1995(2015)09-0086-04