地铁基坑开挖对临近下沉广场的影响及优化措施分析

中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308

1 工程概况

无锡地铁4号线大剧院站设计为地下2层11m岛式车站，站后设置双停车线。车站主体跨大剧院路布置，配线区跨金石路沿万顺道布置；大剧院路规划道路红线宽24m，金石路规划道路红线宽30m，万顺道规划道路红线宽33m。下沉广场1结构侧墙外边线距车站围护结构外边线最近2.8m，下沉广场2结构侧墙外边线距车站围护结构外边线最近5.5m，且两下沉广场侧墙均为约7.5m的悬臂结构。

2 特殊岩土地质

该工点主要位于无锡市滨湖区大剧院路与金石路间，在万象城西侧、大剧院南侧，场地北侧为五里湖，南侧有北祁头桥河东西向通过，场地起伏较小，自然标高一般在3.5～4.5m。此次勘察揭露地层最大深度为75m，按各岩土层的物理力学性质、沉积环境、成因类型，可划分10个工程地质层、19个工程地质亚层。

涉及填土部分以①1-1碎石填土居多，浅部30～50cm包含大面积沥青混凝土路面，局部区域存在少量粒径超50cm的碎石，土质分布均匀性欠佳，且厚层状软土含量丰富，天然孔隙比≥1.0，灵敏度高、透水性低，不具备优良的工程性能。

3 下沉广场临时支顶方案

3.1 地铁基坑开挖对下沉广场的影响

地铁开挖的扰动性作用显著，周边地基的状态易发生改变，如地下水位、应力场等均有所变化，可见地基土体存在变形现象，不利于周边环境的安全性与稳定性，临近建筑物开裂、倾斜等现象的发生概率较高，甚至无法维持正常使用的状态。鉴于此，需在开挖前做好分析，将地铁基坑主体工程与周边建筑物等环境视为整体对待，采取行之有效的安全控制措施，确保建筑物可维持稳定，以便正常使用[1]。

具体至该项目中，万象城的下沉广场1和下沉广场2均为易受扰区域，原因在于周边规划有拟建的地铁4号线大剧院站，地铁基坑开挖过程中易威胁到两座下沉广场。为顺利开展开挖作业并保证既有下沉广场的正常运营，需以实际情况为立足点，采取行之有效的支顶措施，从源头上规避施工风险，营造安全的基坑开挖施工环境。

3.2 下沉广场支顶措施的计算与分析

（1）计算思路。地下墙为基坑施工期间极为关键的围护结构，应采用增量法，以实际开挖工况为准分阶段展开针对性的计算。对于围护墙，较为适宜的是按竖向弹性地基梁展开计算，且不容忽视墙体开挖面下方的土层，该部分也可以采用弹簧进行模拟，在弹簧处于受压的状态时，不承受拉力。若存在特殊情况（有拉力），应当随即拆除弹簧，再根据实际情况进一步展开计算，将支撑作为杆单元。开挖过程中，可融入朗肯理论，以便确定主动土的压力值。对于开挖期间的荷载，在计算时可将其确定为内外侧不平衡土压力的增量，再引入增量法，经过计算后确定各阶段的内力和变形量，其仅反映的是此阶段的指标增量情况，若要明确真实的内力和变形量，则需结合前期各阶段的数值，采取叠加的方法，最终求得具体结果[2-3]。

（2）计算值及具体结果。为使大剧院站施工期间对下沉广场的运营影响最小，下沉广场1采用支撑+肋板支顶方案，下沉广场2采用肋板支顶方案。根据主体围护结构计算的结果，经比较，下沉广场1处第一道支撑轴力最大，其设计轴力为1450kN，相邻两支点间距为5.2m，延米荷载为280kN/m，则按延米荷载反作用于下沉广场侧墙，肋板高4m，上宽1m、下宽2.5m，厚0.4m，间距2.5m。计算结果具体见图1～图3。

图1 加肋板后，下沉广场悬臂侧墙垂直于墙面的水平位移（单位：mm）

图2 加肋板后，下沉广场悬臂侧墙的绕X轴弯矩（单位：kN/m）

图3 加肋板后，下沉广场悬臂侧墙的绕Z轴弯矩（单位：kN/m）

由计算结果得出以下结论：①加肋板后，下沉广场侧墙顶部水平变形约为3mm，满足相关规范中规定的建筑物变形控制标准。②在大剧院站施工期间，下沉广场侧墙在肋板顶部的弯矩最大，其中，绕整体坐标系X轴弯矩约为120kN/m，绕整体坐标系Z轴弯矩为300kN/m。经复核验算，下沉广场侧墙原设计配筋为水平向φ18@150、竖向φ32@200、拉筋φ8@600，均能满足受力要求。

3.3 优化措施

地铁开挖过程中，为最大限度地减少开挖对下沉广场稳定性所带来的不良影响，必须采取优化措施，切实提高开挖支顶措施的可行性。遵循先撑后挖的原则，分段、分层依次展开，形成流水化土方开挖作业模式，且需要兼顾时空效应。随着土方开挖作业的持续推进，当达到基坑底部时，应组织垫层的施工作业，尽可能在较短时间内设置好结构底板。具体至该工程中，除了做好前述所提的基础工作，还需加强监测，以所得结果为准，分析临时支顶方案的应用情况，采取相适应的优化措施，具体如下。

（1）下沉广场1。为减小支顶施工过程及拆除前对下沉广场运营的影响，支顶方案采用2道对撑+6道板肋方案：楼梯下设置板肋，板肋施工期间小范围围挡，下沉广场楼梯可正常通行；对施工影响区域进行临时围挡，施工2道对撑。支撑平面间距约3.5m，支撑中心作用至万象城下沉广场顶板中心标高处，两端头设置防脱落措施，中间设置竖向支顶，保证支撑安全、稳定。通过在下沉广场内部设置围挡、吊顶保护等可最大限度地降低对万象城运营的影响。

（2）下沉广场2。为减小支顶施工过程及拆除前对下沉广场的影响，支顶方案采用对下沉广场侧墙增加肋板的加固方案：下沉广场2中，对靠近地铁侧的悬臂侧墙进行肋板加固，肋板高约4.5m，顶端宽0.8m、底端宽2.0m，厚约0.4m；肋板水平间距设置为2.75m一道，与侧墙方向垂直。肋板的具体平面位置可结合现场楼梯的实际位置进行微调。肋板施工时仅对施工影响区域进行小范围临时围挡，下沉广场楼扶梯可正常运营。肋板施工完毕后可进行装修及装饰，确保下沉广场的美观，最大限度地降低对万象城运营的影响。在将相关优化措施落实到位后，仅通过小范围的围挡便可取得较好的应用效果，万象城下沉广场的稳定性得到保障，全程施工安全可靠，难度较低，可在较短时间内高效完成。一方面，基坑开挖效果良好；另一方面，临近下沉广场可维持稳定，正常使用[4-5]。

4 结束语

综上所述，施工单位需对地铁基坑在既有临近下沉广场（保持下沉广场运营）开挖时对下沉广场结构的影响进行相应的分析，并根据工程的实际情况给出具体的优化和保护措施，以进一步保障工程的质量安全。