新建基坑施工对既有地铁车站结构的影响

蔺云宏

摘 要：本文以郑州市轨道交通4号线龙湖岛站为研究对象，通过数值模拟和数据分析研究新建基坑施工对该地铁车站结构变形的影响，并针对基坑施工提出了一些针对性的技术措施，以期为类似工程提供参考。

关键词：基坑;地铁车站;变形;数值模拟

中图分类号：TU753;U231文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）28-0102-03

Study of the Influence of a New Foundation Pit Construction

on the Structure of the Existing Subway Station

LIN Yunhong

（Guangzhou Metro Design & Research Institute Co.， Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： Taking Longhudao Station of Zhengzhou rail transit line 4 as the research object， this paper studied the influence of new foundation pit construction on the structural deformation of the subway station through numerical simulation and data analysis， and put forward some targeted technical measures for foundation pit construction， so as to provide reference for similar projects.

Keywords： pit;subway station;deformation;numerical simulation

隨着我国社会经济的快速发展，各个城市的地铁建设越来越多。地铁属于重大工程，施工完成后的地铁需要重点保护。新建基坑工程在施工过程中不能影响地铁的结构及运营安全，因此在地铁附近施工需要研究评估其对既有地铁的影响[1-2]。

1 工程概况

龙湖岛站为郑州市轨道交通4号线龙湖市政配套工程的一个中间站，位于规划的副CBD环路与龙行路路口，南北向敷设，西邻龙源十三街隧道。车站主体结构采用明挖顺作法施工，主体与附属结构基坑采用放坡开挖，车站顶板略高于东侧地面。

新建基坑与地铁车站（龙湖岛站）最小净距为36.3 m，与车站扩大端结构的净距为67.3 m。邻近地铁侧的基坑采用两级放坡+Φ1 100 mm@1 300 mm钻孔灌注桩+内支撑支护形式，竖向设置两道混凝土撑。新建基坑与地铁车站的相互位置关系如图1所示。

2 工程地质水文概况

本场地勘探深度范围内地基土属第四系（Q）沉积地层，地层从上到下主要为人工填土、第四系全新统（Q4）粉土、粉质黏土、粉、细、中砂、第四系上更新统（Q3）粉土、粉质黏土。

场地地下水类型为第四纪松散岩类潜水。地下水主要赋存于约14 m以下细砂层中，稳定地下潜水水位埋深介于6.2～5.6 m（水位高程为76.74～79.34 m）。据调查，本站区场地近3～5年最高水位埋深约2.0 m（水位高程约83.50 m）。考虑到因龙湖蓄水对区内地下水位的影响，建议龙湖岛站抗浮水位按现状地表（高程85.5 m）。

3 数值模拟及结果

3.1 计算模型

由于岩土材料物理力学特性的随机性和复杂性，要完全模拟岩土材料的力学性能和严格按照实际的施工步骤进行数值模拟是非常困难的。在建模和计算过程中，应考虑主要因素，忽略次要因素，结合具体问题进行适当简化，在本次数值模拟中采用了以下假定。

第一，本次有限元数值计算中土体采用“修正莫尔-库伦”弹塑性模型，模型中周围土体采用实体单元，不同的土层采用不同的材料。

第二，选取模拟边界条件时除了顶面取为自由边界，其他面均采取法向约束。

考虑到施工过程中的空间效应，本文采用有限元软件模拟，计算模型取新建基坑与龙湖岛站的有效影响范围。根据模型的简化，本次模拟取200×50的土体作为考察范围，重点考察龙湖岛站结构由于施工产生的变形及受力情况。计算模型如图2所示。

计算荷载考虑以下三方面：第一，既有车站、出入口等自重;第二，土体竖向自重;第三，地面超载5 kPa。

3.2 模拟工序

根据施工方案，新建基坑模型开挖分为以下三个阶段进行，包括围护桩、止水帷幕施工，土体开挖，基坑底施加建筑荷载，具体阶段见表1。

3.3 模拟计算分析

新建基坑的施工过程对龙湖岛站结构及地表产生一定程度的附加变形，为有效了解这种附加变形，将分析各工序下车站结构的横向变形和竖向变形。为了反映既有结构的变形情况及规律，研究者提取了各阶段在施工完成后既有结构的变形云图，分析既有结构的变形结果和规律。

每阶段竖向变形云图如图3至图5所示，横向变形云图如图6至图8所示。

3.4 模拟计算结果及结论

通过建立二维地层-结构模型，对以上龙湖岛站各结构的变形计算分析可以得出，由于新建工程的施工，既有地铁结构产生了一定程度的竖向变形和横向变形。本次计算分析的变形结果如表2所示。

综上所述：新建基坑的施工过程对龙湖岛站各结构产生的影响在可控范围之内，基坑施工引起的地铁结构的变形均在地铁安全运营范围之内。在正常施工时，要采取一定监测措施，确保既有地铁安全运营。

4 新建基坑施工建议

第一，新建基坑施工前须进一步查明拟建场地地下管线的具体情况，并充分考虑其可能给设计、施工带来的不利影响。

第二，既有车站及附属结构与新建基坑之间地面不应作为堆载或者重车行驶路线。

第三，施工期间应做好地铁侧范围地下水水位的监测工作，防止地铁侧地下水出现大幅下降。

第四，考虑新建基坑开挖的“时空效应”，遵循“纵向分段、竖向分层、横向分块、先撑后挖、快速封底”的原则。开挖时要严格控制每步开挖土方的空间尺寸，并尽量减少每步开挖中一部分基坑未支护前的暴露时间，基坑开挖做到分层分块，每层厚度不得超过2 m，放缓开挖速度，严格按照信息化数据指导施工。

第五，新建基坑开挖严格按照论证过的施工方案进行组织施工，尽量减小土体暴露的时间及范围，充分利用结构的空间效应减小既有车站的变形。

第六，控制分层、分段距离;及时架设支撑，严格按设计预加轴力;开挖至基底后应尽快施作底板，控制基底回弹变形。

第七，施工时根据现场情况施作地面排水设施，设置挡水圈或截水沟，防止土体塌落，给施工带来不利的影响。

第八，施工结束后，应当对临近基坑既有地铁轨道结构、隧道结构进行复查，并根据后评估结论对影响结构耐久性或者运营的裂缝等病害进行修复。

参考文献：

[1]黄宏伟.城市隧道与地下工程的发展与展望[J].地下空间，2001（4）：311-317，339-340.

[2]孙钧.国内外城市地下空间资源开发利用的发展和问题[J].隧道建设（中英文），2019（5）：699-709.