軟土地區(qū)地下車站與周邊空間連通口不均勻沉降防治研究與設(shè)計(jì)

李斐　朱燕琴　趙洋　姚春雪

摘要 目前地鐵周邊大部分地塊都有和地鐵進(jìn)行連通的需求，以連接通道形式進(jìn)行連接是非常普遍的，但連通接口處最容易發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)主體形成裂縫、滲漏水、嚴(yán)重時(shí)會(huì)使建筑物發(fā)生傾斜甚至倒塌，影響地鐵和周邊構(gòu)建筑物的使用和安全。文章在對(duì)既有地下工程中連通口不均勻沉降防治措施進(jìn)行廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用理論分析、數(shù)值模擬以及工程實(shí)踐相結(jié)合的方法，對(duì)連通口不均勻沉降防治進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞 商業(yè)地塊;監(jiān)測(cè)分析;地鐵保護(hù);不均勻沉降

中圖分類號(hào) U448.27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）09-0143-04

引言

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，越來越多城市進(jìn)行地鐵交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，與此同時(shí)沿地鐵周邊地下空間開發(fā)規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大。截至2020年底，中國(guó)已有43個(gè)城市開通了地鐵線（含輕軌），地鐵車站與周邊地下空間多采用地下通道進(jìn)行連接，為后續(xù)工程的連通口方案設(shè)計(jì)和工程建設(shè)提供借鑒與指導(dǎo)。

1 工程實(shí)例調(diào)研

華東地區(qū)工程實(shí)例調(diào)研，詳見表1。

2 工程實(shí)例研究分析

2.1 項(xiàng)目概況

杭州地鐵7號(hào)線北二路站位于大江東區(qū)，青六路與北二路下方，車站D號(hào)出入口位于青六路與北二路東南角，出入口東側(cè)為龍湖天街。北二路站D號(hào)出入口與龍湖天街?jǐn)M采用地下通道連接，D號(hào)出入口和龍湖天街地下室結(jié)構(gòu)施工時(shí)均已預(yù)留接口條件，如圖1所示。

連接通道采用明挖順做法施工，基坑開挖深度為8.85 m，開挖面積約100 m2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+旋噴樁止水帷幕，豎向設(shè)置2道支撐，施工期間基坑內(nèi)外均設(shè)置自流深井降水。連接通道主體結(jié)構(gòu)在平面上呈喇叭口狀，長(zhǎng)10.76 m，寬7.20～11.55 m，高6.15 m，頂板覆土厚度為3.00 m，如圖2所示。

工程地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，擬建場(chǎng)地地質(zhì)分布均勻，土層從上至下依次分布：素填土、砂質(zhì)粉土、粉砂、砂質(zhì)粉土夾粉砂、粉砂、砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂薄層，其中通道底板位于③5層砂質(zhì)粉土夾粉砂，如圖3所示。

車站D號(hào)出入口、龍湖天街地下室和連接通道均為地下一層結(jié)構(gòu)，底板位于砂質(zhì)粉土夾粉砂、粉砂土，均為中壓縮性土，地基承載力和變形驗(yàn)算滿足相關(guān)規(guī)范要求。

地鐵車站和龍湖天街實(shí)施時(shí)，均已考慮連通通道建設(shè)需求，在連接處預(yù)留側(cè)墻門洞和結(jié)構(gòu)鋼筋，并在門洞附件處設(shè)置了工程樁，有效控制結(jié)構(gòu)沉降。連接通道下方設(shè)置4根工程樁，以控制連接通道結(jié)構(gòu)沉降，從而減小與鄰近建筑物的差異沉降。

2.2 連通道及周邊建構(gòu)筑物變形控制標(biāo)準(zhǔn)

為保證周邊建筑物的正常使用和結(jié)構(gòu)安全，連接通道施工期間需對(duì)周邊建筑物采取保護(hù)措施，并設(shè)置水平位移和豎向沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》（GB50007—2011）[2]對(duì)建筑基礎(chǔ)沉降允許值的相關(guān)規(guī)定，《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T-202—2013）[3]和地方相關(guān)規(guī)定中地鐵結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基變形的適應(yīng)能力和使用要求，擬定連接通道及周邊建筑物地基沉降控制值如表2：

2.3 數(shù)值模擬分析

為準(zhǔn)確分析預(yù)測(cè)連接通道實(shí)施對(duì)臨近建筑的影響和各建筑物結(jié)構(gòu)底板的差異沉降，分別采用有限元計(jì)算軟件Plaxis 3D、Midas GTS NX建立地層—結(jié)構(gòu)模型，模擬連接通道施工工程，進(jìn)行三維數(shù)值分析。

2.3.1 Plaxis 3D計(jì)算模型

為確保計(jì)算模型不受邊界條件的影響，模型X方向（垂直于連接通道方向）160 m，模型X方向（平行于連接通道方向）160 m，Z方向（基坑深度方向）80 m，建立地層—結(jié)構(gòu)模型，模擬連接通道基坑施工過程，預(yù)測(cè)車站、龍湖天街和連接通道結(jié)構(gòu)變形趨勢(shì)，如圖4所示。

計(jì)算模型中的巖土體材料采用正四面體單元模擬，本構(gòu)模型采用Hss模型（小應(yīng)變硬化模型），即等向硬化彈塑性模型，可同時(shí)考慮剪切硬化和壓縮硬化，采用MC破壞準(zhǔn)則，適用于多種土類的破壞和變形行為的描述。模型底部的約束條件為水平、豎直方向均固定;模型兩側(cè)約束條件為水平方向固定，豎直方向自由;地表面自由。圍護(hù)樁墻、地鐵車站結(jié)構(gòu)板、墻等采用板單元模擬，圍檁和支撐采用梁?jiǎn)卧M，如圖5所示。

2.3.2 施工工況

按表3中連通道施工分為12個(gè)工況，具體步驟詳見表3。

2.3.3 計(jì)算結(jié)果

Plaxis 3D數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果為：在連接通道開挖至坑底此工況下，車站主體豎向變形為0.13 mm（見圖6），D號(hào)口豎向變形1.52 mm（見圖7）;在連通道主體結(jié)構(gòu)施工完成后工況下，車站主體豎向變形均無(wú)變化。（見圖8、圖9）。

在設(shè)計(jì)階段通過經(jīng)驗(yàn)分析、同類工程類比、數(shù)值模擬等多種手段進(jìn)行綜合分析，連接通道的實(shí)施對(duì)周邊建筑物影響滿足建筑物保護(hù)控制標(biāo)準(zhǔn)要求，方案可行。北二路站D出入口與龍湖天街地下室連通道項(xiàng)目已于2021年10月竣工。在該項(xiàng)目施工階段，通過施工監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)控制指標(biāo)較設(shè)計(jì)控制值稍有增加，但結(jié)構(gòu)裂縫及主體結(jié)構(gòu)滲漏現(xiàn)象并未產(chǎn)生。數(shù)值模擬分析計(jì)算結(jié)果變形雖比實(shí)際情況較小，但變形趨勢(shì)與其一致，設(shè)計(jì)階段各項(xiàng)控制指標(biāo)可以結(jié)合地層、車站主體及附屬施工質(zhì)量等實(shí)際情況適當(dāng)放寬。

3 結(jié)論

杭州屬于濱海沖海積平原地貌，地勢(shì)平緩，根據(jù)既有工程經(jīng)驗(yàn)，地表20 m以內(nèi)淺土類型多為中軟土。一般地鐵車站與周邊地下空間連接位置大多為地下一層，位于中軟土層之中，在工程建設(shè)時(shí)，地基基礎(chǔ)承載力較弱，易發(fā)生地基沉降，引起結(jié)構(gòu)變形、裂縫。根據(jù)工程類比和設(shè)計(jì)實(shí)例，結(jié)合地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論，對(duì)軟土地區(qū)連通口不均勻沉降控制的常見措施進(jìn)行了歸納;

（1）地基處理;當(dāng)建筑物位于軟土地區(qū)或不均勻地層時(shí)，通過換填或地基加固的方式，增大地基承載力，有效減小地基變形。結(jié)合性價(jià)比分析，三軸攪拌樁的加固質(zhì)量要優(yōu)于其他加固方式。

（2）設(shè)置工程樁：在連通口和鄰近構(gòu)建筑物底板下方設(shè)置工程樁，可以有效控制結(jié)構(gòu)沉降，從而減小通道與鄰近構(gòu)建筑物的差異沉降，但工程造價(jià)較高。

（3）變形縫設(shè)置：在連通口和鄰近構(gòu)建筑物間設(shè)置變形縫，減少兩者間的變形約束，可以有效減少因地基變形差異引起的結(jié)構(gòu)裂縫。

（4）連通道盡量與車站工程同步施工，可以減少兩者地基施工后變形差異，從而減小通道與鄰近構(gòu)建筑物的差異沉降。

參考文獻(xiàn)

[1]黃大維， 周順華， 宮全美， 韋凱. 軟土地區(qū)地鐵不同結(jié)構(gòu)間差異沉降特點(diǎn)分析[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2013（1）： 95-100+158.

[2]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范： GB-50007—2011[S]. 北京：? 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2011.

[3]城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范： CJJ/T-202—2013[S]. 北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2013.

收稿日期：2022-03-18

作者簡(jiǎn)介：李斐（1982—），女，本科，高級(jí)工程師，研究方向：地下結(jié)構(gòu)。