鄰近既有軌道交通的商業(yè)廣場基坑設(shè)計與施工

李欣

臨近既有軌道交通的超大深基坑施工時，除保障基坑自身安全外，同時應(yīng)重點控制深基坑施工過程中坑外土體的變形，確保地鐵車站的安全。本文以鄭州新田城商業(yè)下沉廣場臨近既有軌道交通洞林湖站深基坑的設(shè)計與施工工程為例，圍繞如何保證地鐵的正常安全和深基坑施工安全，對鄰近既有軌道交通的深基坑設(shè)計和施工工作進(jìn)行探討。目前，新田城商業(yè)下沉廣場已施工完成，本文的成果對臨近既有軌道交通的深基坑設(shè)計和施工、保證地鐵結(jié)構(gòu)安全等方面具有一定的指導(dǎo)意義。

隨著城市地下軌道交通工程的發(fā)展，臨近既有城市軌道交通的工程越來越多。新建商業(yè)廣場的基坑工程，會引起臨近既有地鐵車站結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，因此，需要對類似工程進(jìn)行深入研究。臨近既有城市軌道交通的基坑設(shè)計與施工，要充分考慮周邊環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件等因素，合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)、開挖方式。要制定嚴(yán)密合理的監(jiān)測方案，做到動態(tài)評估、及時反饋。通過科學(xué)的設(shè)計和合理的施工，保證工程質(zhì)量。

一、工程概況

1. 新建新田城商業(yè)下沉廣場概況

新田城商業(yè)廣場位于滎陽市濱湖東路與奧萊大道交叉口東北側(cè)，項目周邊規(guī)劃主要為商業(yè)及住宅用地，東、西兩側(cè)分別為首創(chuàng)奧特萊斯、碧桂園商業(yè)區(qū)，均已建成，南側(cè)為鄭州市軌道交通6號線洞林湖站。商業(yè)廣場3#樓地塊與洞林湖車站之間規(guī)劃為下沉廣場。

2. 既有鄭州6號線洞林湖站概況

鄭州市軌道交通6號線洞林湖站位于滎陽市賈峪鎮(zhèn)，車站總長為237m。車站為11m寬島式站臺車站，主體標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)為地下兩層單柱兩跨結(jié)構(gòu)，車站主體局部為地下兩層雙柱三跨結(jié)構(gòu)。頂板覆土厚2.8～3.5m，車站標(biāo)準(zhǔn)段底板底平均埋深約1 8 m，斷面寬度為20.1m，覆土約為3.5m，盾構(gòu)井段底板平均埋深約為18.3m，斷面寬度為24.0m，覆土最厚處約為3.2m。

3. 新建新田城商業(yè)下沉廣場與既有6號線洞林湖站相互關(guān)系

新田城商業(yè)廣場南鄰軌道交通6號線洞林湖站，商業(yè)廣場3#樓地塊與洞林湖車站之間設(shè)計為下沉廣場，下沉廣場擬與洞林湖站4號出入口連通，鄰近1號風(fēng)亭組。洞林湖站的4號出入口接入商業(yè)廣場地下一層商業(yè)區(qū)，連接通道的西側(cè)，設(shè)置與下沉廣場連通門，位置關(guān)系平面圖見圖1。

圖1 新建商業(yè)廣場與洞林湖站位置關(guān)系平面圖

二、保護(hù)設(shè)計方案

下沉廣場緊鄰地鐵1號風(fēng)道、冷卻塔、4號出入口，局部侵入地鐵重點保護(hù)區(qū)范圍，開挖底面高程170.5m，高于地鐵結(jié)構(gòu)底約3.9m，局部開挖底高程166.673m，與地鐵1號風(fēng)道、冷卻塔和4號出入口結(jié)構(gòu)底高程接近。

結(jié)合擬建工程場地地形、周邊環(huán)境及工程地質(zhì)條件等因素，新田城商業(yè)廣場地下基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型考慮如下：

場地地形：擬建新田城商業(yè)廣場場地現(xiàn)狀相對平坦，略有起伏、場地開闊。

周邊環(huán)境：新田城商業(yè)廣場南鄰軌道交通6號線洞林湖站，商業(yè)廣場地下車庫以及下沉廣場基坑開挖均鄰近既有地鐵車站，施工對地鐵車站結(jié)構(gòu)的保護(hù)要求嚴(yán)格。

工程地質(zhì)條件：場地開挖地層主要為填土、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、粉土等土層；基坑開挖深度約為15.4m，基底處的土層主要為粉質(zhì)黏土層。地下水位埋深約22.5～25m（水位高程約153m）。

綜合各因素考慮：從基坑開挖深度、控制周邊土體變形、保證既有地鐵站安全考慮，新田城廣場地下基坑支護(hù)考慮采用鉆孔灌注樁+錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)型式，見圖2所示。

圖2 鉆孔灌注樁+錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

由于下沉廣場區(qū)域現(xiàn)狀地面西低東高，起伏較大，施工需開挖0～5.5m范圍厚的土層，考慮采用放坡開挖支護(hù)，見圖2。在其它側(cè)基坑，周邊無場地制約因素時，基坑在遠(yuǎn)離地鐵一側(cè)（北側(cè)）采用1～2級放坡開挖，并在坡面打設(shè)短釘、掛網(wǎng)噴混護(hù)坡；在鄰近地鐵結(jié)構(gòu)一側(cè)（南側(cè)），地鐵采用了φ800@1400的圍護(hù)鉆孔灌注樁，且嵌入下沉廣場底面以下7.6～11m，具有支擋功能，可考慮在此區(qū)域直接分層、分區(qū)開挖土體，此區(qū)域開挖施工應(yīng)注意防止地鐵結(jié)構(gòu)的側(cè)移。

基坑放坡支護(hù)參數(shù)如下，支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖詳圖3：

圖3 放坡開挖+擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖

（1）1、2級放坡坡率1∶1.5～1∶2。

（2）采用φ8@150×150鋼筋網(wǎng)，100mm厚C20噴混面層。

（3）φ16短鋼筋，長度1m，水平及豎向布置間距2m×2m。

三、計算分析

采用大型有限元軟件MIDAS/GTS來分析新田城商業(yè)廣場項目施工對地鐵結(jié)構(gòu)變形和受力的影響，結(jié)合城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)，判斷施工的影響程度。土體采用三維實體單元，本構(gòu)模型采用摩爾庫倫模型，模型計算所需土層參數(shù)依據(jù)地勘報告中的土層物理力學(xué)指標(biāo)取值，基坑圍護(hù)及地下結(jié)構(gòu)的計算參數(shù)按建設(shè)期混凝土標(biāo)號選取，三維有限元模型如圖4所示。

圖4 新田城商業(yè)廣場項目有限元計算模型

通過對新田城商業(yè)廣場項目施工過程計算分析發(fā)現(xiàn)，洞林湖站主體及附屬結(jié)構(gòu)變形主要由基坑側(cè)土體開挖及回筑產(chǎn)生，附屬結(jié)構(gòu)變形為主要變形。

根據(jù)分析結(jié)果，在新田城商業(yè)廣場項目施工及使用過程中，車站主體最大水平變形值為3.18mm，最大豎向上浮為1.25mm，豎向沉降為－0.59mm；車站附屬最大水平變形值為4.26mm，最大豎向上浮為4.75mm，滿足規(guī)定變形限值要求。

軌道的高低最大值為0.29mm（10m弦長），軌道水平最大值為0.05mm，均小于4mm控制要求，滿足規(guī)定變形限值要求。

根據(jù)分析結(jié)果，鄰近附屬結(jié)構(gòu)變形對新田城商業(yè)廣場項目施工及使用較為敏感，施工時應(yīng)加強(qiáng)對鄰近基坑側(cè)附屬結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。

四、施工組織

（1）施工進(jìn)場后首先完成臨時占地、管線改遷、交通疏解等前期工作，然后優(yōu)先施工下沉廣場區(qū)域，完成后再施工其他區(qū)域。

（2）下沉廣場區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工：

①首先小區(qū)域范圍開挖洞林湖站1號風(fēng)道結(jié)構(gòu)上方土體，并永久邊坡防護(hù)，后施作擋墻（DQ2）。

②按設(shè)計圖紙施工鉆孔樁，樁心定位誤差及樁體傾斜率必須滿足設(shè)計要求。

③鑿出鉆孔樁樁頂上不小于50cm長段的浮漿，支模施工冠梁，并按圖示平整冠梁南北兩側(cè)的施工場地。

④開挖下沉廣場基坑，施作下沉廣場擋土墻（DTQ1）結(jié)構(gòu)，后覆土回填，地面鋪裝、綠化。

（3）下沉廣場步梯、電扶梯、連接通道及擋土墻等結(jié)構(gòu)的施工，應(yīng)根據(jù)圖中所示放坡邊線開挖，未明示的可根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計輪廓進(jìn)行開挖。

（4）下沉廣場開挖需破除出露地面以上的、既有地鐵附屬結(jié)構(gòu)基坑圍護(hù)樁，建議采取切割作業(yè)方法，應(yīng)確保對既有車站結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生破壞。

（5）鄰近地鐵車站一側(cè)基坑及下沉廣場開挖應(yīng)分段、分層、分區(qū)開挖，避免大挖方對地鐵車站及周邊土體造成較大影響。

五、監(jiān)控量測

1. 監(jiān)測范圍

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，本工程洞林湖站及兩側(cè)50m范圍內(nèi)的地面、建（構(gòu)）筑物、管線和其他重點保護(hù)對象為主要監(jiān)測區(qū)，監(jiān)測等級一級，沿既有站線路方向每5～20m左右設(shè)置一個監(jiān)測斷面。

2. 監(jiān)測項目內(nèi)容

結(jié)合施工環(huán)境和地質(zhì)情況，本工程的監(jiān)測主要包括以下幾方面：

（1）主要監(jiān)控項目：

①既有站結(jié)構(gòu)變形（變位）；

②既有站軌道變形（變位）；

③既有站道床（剝離）脫空；

④新建商業(yè)廣場、下沉廣場基坑工程的施工監(jiān)測。

（2）由于必須對既有站結(jié)構(gòu)進(jìn)行全天候的實時監(jiān)控量測，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)在高密度行車的軌行區(qū)內(nèi)無法實施，且不能滿足對大量數(shù)據(jù)采集、分析以及及時準(zhǔn)確反饋的要求，因此采用自動化程度和精度高的遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測系統(tǒng)對既有運營線的結(jié)構(gòu)變形和軌道變形進(jìn)行24小時的即時監(jiān)控量測。

（3）對受影響地鐵車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行裂縫監(jiān)測，采用現(xiàn)場監(jiān)測和無線遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測相結(jié)合方法。監(jiān)測內(nèi)容包括裂縫位置、走向、形狀、長度和寬度等，在過程中對裂縫變化進(jìn)行跟蹤測量。

3. 監(jiān)測頻率

監(jiān)測工作自始至終要與施工的進(jìn)度相結(jié)合，監(jiān)測頻率應(yīng)滿足施工工況的要求。為了確保既有線運營的安全性，同時考慮存在不確定性因素的影響，必須進(jìn)行同步跟進(jìn)實時監(jiān)測。參照《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）等相關(guān)規(guī)范并結(jié)合相關(guān)工程實踐，對鄰近施工的監(jiān)測頻率提出以下建議值，具體見表1。

表1 鄰近施工基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊巖土體及周邊環(huán)境監(jiān)測頻率表

六、結(jié)束語

（1）新田城商業(yè)廣場項目施工對鄰近車站附屬結(jié)構(gòu)變形影響較大，尤其是下沉廣場施工時，鄰近本項目側(cè)附屬結(jié)構(gòu)變形突增，為降低基坑開挖、回筑及使用過程中對附屬結(jié)構(gòu)變形的影響，建議對下沉廣場區(qū)域施工分層、分段開挖土方。

（2）新田城商業(yè)廣場項目建設(shè)對軌道交通結(jié)構(gòu)的變形影響大部分已在新田城商業(yè)廣場項目投入使用后完成，在新田城商業(yè)廣場項目長期使用期間，上部荷載變化較小，且大部分荷載通過樁基傳遞至地基深處，對軌道交通影響較小。

（3）地鐵站點周邊地下商業(yè)開發(fā)應(yīng)盡可能與地鐵同步設(shè)計、同步實施，否則后期無縫銜接實施難度及風(fēng)險很大，將會大幅度增加工程投資、實施難度及風(fēng)險。