紧邻既有线深基坑支护设计

王金涛

北京新机场建设指挥部 北京 102600

前言：随着经济的发展，大量高速铁路、地铁项目的开工建设，不可避免的出现紧邻或者穿过既有轨道线路施工的情况，且既有轨道线路一般处于运营状态。而新建工程施工引起的土体沉降可能危及周边既有轨道线的安全和运行，甚至可能造成严重的经济损失和社会影响[1]。如何保证施工期间周边既有轨道线路的安全和正常运行，已成为地下工程工作者必须解决的问题。

1 工程概况

北京某新建地下工程位于两条轨道线路之间，与周边既有轨道结构净距约1.5m，开挖深度约-19m，地面标高约-1.2m，地质条件主要为砂性粉土、黏性粉土、粉质黏土、细砂、砂质粉土等土层。

2 计算方法的选择

目前，国内外对紧邻既有线施工研究分析方法主要有模型试验法、经验预测法和数值模拟分析法等。其中，数值模拟分析法是地下工程支护设计计算的常用方法，本工程采用FLAC3D3.0有限差分软件进行支护设计的模拟分析。

3 支护方案的确定

新建地下工程对既有轨道线路的影响主要取决于新建地下工程土方开挖施工时对土体产生的扰动和变形的大小[1]，因此，支护设计的重点在于消除或减少土体扰动和变形。同时，结合工程周边两条轨道线的实际建设情况：两条轨道线完成结构施工，正在进行铺轨或评估结算，尚未正式运营通车，这是本工程支护设计的一个有利条件。

3.1 变形控制值的确定

变形控制值是保护周边轨道线结构安全的基础，进行支护设计，首先应确定周边轨道线的变形控制值。结合工程地质勘察报告，同时考虑周边两条轨道线路尚未正式运营通车的有利条件，充分利用周边两条轨道线铺轨前的这段时间，确定两条轨道线路变形控制值为10mm。

3.2 支护方案的确定

确定变形控制值后，支护设计方案围绕如何满足变形控制值要求展开。

本工程基坑支护设计应满足两方面的要求：一是周边两条地下轨道线的结构安全要求，二是基坑开挖自身的安全要求。其中，周边轨道线结构安全的要求是本次支护设计考虑的重点。同时，因本工程需充分利用两条轨道线铺轨前的这段时间进行施工，支护设计还应满足工期的要求。

根据支护设计安全要求的不同，基坑支护可分为两种类型：一是为保护既有轨道线而设置的围护结构，主要利用既有轨道线围护结构，并采用桩锚、双排桩和土体加固组合形式对既有结构（包括支护结构）进行保护；二是本工程自身基坑支护，主要采用桩锚支护、悬臂桩支护和放坡简易支护三种形式。支护设计的重点是第一种类型。

左侧轨道线一支护设计：理由既有轨道线桩锚支护。

右侧轨道线二支护设计：利用既有轨道线围护桩，并对右侧两条轨道线间进行土体加固宽度，深度20.0m，平面格栅式布置；并在上方加设300mm配筋垫层厚度。

3.3 支护施工方法的确定

左侧轨道线施工采用的为桩锚支护，明挖法施工；右侧轨道线施工采用的内撑法，明挖法施工。综合考虑基坑支护设计和工期要求及两条轨道线项目进度，本工程采用明挖法施工。

4 计算分析

本工程采用FLAC3D3.0有限差分软件进行模拟分析，主要参数如下：

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根据FLAC3D3.0数值模拟结果，轨道线二左侧支护桩最大水平变形约为7.45mm，满足10mm控制值要求。

5 基坑施工要求

5.1 基坑开挖要求

本工程基坑开挖施工应按“先撑后挖，先深后浅，分层开挖”的顺序进行，土方开挖过程中，插入支护锚杆、桩间混凝土喷层、护坡、工程桩等工序的施工；并严格按照基坑支护设计要求分步开挖：

第一步：开挖基坑至两侧轨道线回填标高位置，并截断原有围护桩，在此标高上打设工程桩；

第二步：采用三轴搅拌桩/高压旋喷桩加固地层，做桩顶冠梁、拉梁及配筋垫层；

第三步：基坑开挖至设计标高。

5.2 施工重点和难点分析

5.2.1 如何保证周边结构安全的同时保证本工程施工进度。

本工程施工最大的重点和难点在于既要加快施工进度，又要保证两侧既有轨道线的安全；施工速度慢，两侧轨道线如进入试运行阶段，现有支护设计将要重新设计，并大幅度增加工程造价；而过于加快工程进度，将对两条既有轨道线造成不利影响；进度和对既有线的保护要同时满足。通过优选支护设计方案，并优化施工工艺，满足工期和安全的要求。

5.2.2 周边轨道线保护要求高

本工程最大的安全风险在于周边轨道线的安全保护。首先，明确两条轨道线路保护标准。然后，以该标准为依据，充分考虑周边有利条件，并最大可能的利用原有维护结构，将对周边工程的影响降到最低；同时，加强施工技术交底和监测，做到信息化施工。

5.2.3 工期紧张，工序繁杂，场地环境复杂

因工期紧张，土方开挖、支护桩及土体加固、降水、基础桩施工穿插进行，工序繁杂，合理的前期策划和施工部署是保证工程顺利开展的基础。

同时，周边两条轨道线施工尚未全部完成，不同工程间交叉施工多，而三个工程又分属不同的单位，场地环境复杂、协调工作多、难度大。建立顺畅的联动和沟通机制，是工程顺利进行的重要保证。

6 施工监测

本工程工期紧，施工难度大，工序复杂，安全保护要求高，对施工监测提出了更高的要求。监测分为基坑监测和周边既有轨道线结构监测两部分，其中周边既有轨道线结构监测是工作的重点。

6.1 基坑监测

基坑支护结构及周围环境全面监测内容包括：支护结构顶部水平和沉降位移监测、地面沉降监测点、支护结构深部水平位移、锚索拉力监测点、地下水位观测点等。

6.2 周边轨道结构监测

周边既有轨道线结构监测主要内容包括：结构竖向位移、结构水平位移、相对收敛、裂缝等。

6.3 监测的要求

1）周边轨道线结构监测应从测定监测项目初始值开始（初始值应在外部作业实施前测定，应至少取连续测量三次的稳定值的平均数作为初始值），至外部作业完成且监测数据区域稳定后结束，且初始值应经过各相关方确认。

2）基坑施工前应对周边建筑物的现状做好调查及取证工作，以免产生纠纷；周边建筑物的报警值应结合建筑物的裂缝观测确定，并应考虑建筑物原有变形与基坑开挖造成的附加变形的叠加。

3）监测数据必须做到及时、准确和完整，并及时通报各单位；

4）采用信息化动态施工，即以现场量测为手段，以量测数据为依据，指导后续的施工。

结束语：本工程通过合理的支护设计组合和现场统筹协调以及信息化动态施工管理手段，确保了工程施工期间周边轨道线的结构安全。

本工程基坑支护设计方案复杂，施工难度大，工序交叉多，对设计和施工人员都是一个巨大的挑战，工程取得的相关成果，对后续紧邻既有线施工具有一定的借鉴意义。