既有地铁站台隧道间新建深基坑施工影响分析

刘庆林，钟翠华

(中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州510635）

地铁车站建设往往需要进行大量拆迁，当拆迁进度滞后时，为保证全线开通，局部站点需“飞站”处理，仅先期实施站台隧道部分以确保轨通，后续地铁站厅等附属结构待拆迁完成再实施，但后续站厅实施需紧邻既有运营线路，需探索一种合适的开挖支护方法，确保地铁建设和运营的安全。

目前邻近运营地铁线路的基坑开挖采用的支护形式主要为围护墙（桩）+内支撑[1～2]。本文以实际工程为例，综合地质情况和既有线现状条件，采用吊脚桩的支护形式，确保既有地铁线路的运营安全。

1 工程概况

广州地铁某车站为6 号线与11 号线换乘站，其中6 号线由于拆迁问题，仅实施暗挖站台隧道及附属风亭，处于“飞站”运营状态，11 号线实施期间需将6 号线站台隧道与上部新建明挖站厅连通。

既有6号线暗挖站台为分离岛式站台。复合型衬砌隧道标准断面宽约9.69 m、高约10 m；二衬厚度0.6 m，初支厚度0.3 m，侧向设置ϕ22 mm 砂浆锚杆，长3.5 m；拱顶覆土厚度约20 m；左右线隧道净距约13.44 m。

新建11号线明挖站厅基坑深约10.3 m，跨坐于既有6 号线站台隧道上方，站厅与6 号线隧道通过在左右线站台隧道间设置的一矩形明挖基坑连通。基坑宽约8.4 m、长约56 m，与既有6 线站台隧道水平净距约2.1。见图1。

图1 车站总平面

2 设计方案

2.1 既有线保护

新建基坑地层从上至下依次为<1>填土、<3-1>粉细砂、<3-2>中粗砂、<4-2B>淤泥质土、<4N-1><4N-2>粉质黏土、<5N-1><5N-2>残积土、<6>全分化层、<7-3>强分化泥质粉砂岩、<8-3>中风化泥质粉砂岩、<9-3>微风化泥质粉砂岩，基坑底部主要位于微风化地层。

由于新建基坑紧邻6 号线站台隧道，为保证地铁安全运营，基坑施工期间务必严格控制既有线结构变形。考虑既有站台隧道侧墙已实施砂浆锚杆，为减小新建基坑围护桩成桩对既有线锚杆及隧道的影响，采用吊脚桩的围护结构。基坑上部分采用咬合桩+内支撑，咬合桩桩径0.8 m，桩间咬合0.2 m，从上至下共设置5 道混凝土支撑；下部锚喷初支厚度0.5 m，边墙设置砂浆锚杆+格栅钢架联合支护，开挖过程中可将既有6 号线外露锚杆与基坑钢架焊接，增强结构的整体稳定性，开挖过程中为控制锚喷支护段基坑开挖卸载对既有线的不利影响，考虑纵向分段跳仓施工。

2.2 基坑施工工序

1）基坑围护桩施工前，为确保既有线运营安全，既有站台隧道中间横通道施工钢筋混凝土墙进行封堵，从而使基坑与既有运营站台间物理分隔。

2）待围护桩施工完毕后，由于上部咬合桩+内支撑段位于既有线隧道上方，此部分按照常规明挖顺做法分层分步开挖并进行内支撑施工。

3）待基坑施工至锚喷支护段，分Ⅰ、Ⅱ序共6个仓室跳仓开挖，先期实施Ⅰ序仓室，待开挖回筑完成后再施工Ⅱ序仓室，最后分层拆撑并回筑主体结构至设计标高。见图2。

图2 锚喷段分仓开挖平面

3 有限元数值分析

3.1 有限元模型

为分析锚喷段施工对既有线的影响，采用Midas有限元软件建立三维模型。

基坑长56.8 m、深30.8 m，既有6 号线站台隧道长96.4 m，计算模型沿长度方向取200 m、宽度方向160 m、深度方向取45 m。由于改造基坑与既有站台隧道沿纵向均匀分布，为简化既有站台隧道建模工作量，站台隧道按照最大断面沿模型纵向通长设置。模型中围护桩等效为连续墙体并采用板单元模拟，锚喷初支及既有站台隧道衬砌采用板单元模拟，混凝土支撑、腰梁、冠梁采用梁单元模拟，岩土采用各向同性3D单元模拟。见图3。

图3 数值模拟计算模型

岩土模型采用摩尔-库伦本构模型，基坑围护结构及既有线结构采用线弹性本构模型。见表1。

表1 岩土参数建议值

3.2 计算结果

由于采用吊脚桩支护[3]，基坑施工对既有6 号线站台隧道影响最大的工序为锚喷支护段施工，本次计算分析模拟施工过程，锚喷支护段按照竖向支护0.5 m 一榀逐步向下开挖，分析不同阶段对既有6 号线暗挖站台隧道的影响。见表2。

表2 既有站台隧道水平变形 mm

根据DBJ/T 15-120—2017《城市轨道交通既有结构保护技术规范》及《广州市城市轨道交通结构安全保护技术标准及规定》等相关规范，城市轨道交通既有结构安全控制值：隧道水平位移＜15 mm，隧道竖向位移＜15 mm，因此本基坑支护方案满足既有6 号线变形控制要求。

4 施工监测

基坑施工前在既有6号线站台隧道内布设自动化监测断面并取得初始值[4]，施工过程中对既有6 号线进行24 h自动化监测。从围护桩施工到基坑开挖至6号线站台隧道顶标高，站台隧道变形很小，当基坑进入锚喷段开挖后，站台隧道变形速率增加，开挖至基底时（第156 d），站台隧道水平变形基本达到最大值2.7 mm，后续主体结构回筑施工，站台隧道变形基本上不再增长，整个施工过程中监测数据稳定可控，未出现预警状况。见图4。

图4 现场监测成果

5 结论与建议

1）由于岩土参数取值存在差异性，数值模拟计算结果相对偏大，但总体变形趋势基本上一致，即上部围护桩段开挖施工对既有站台变形基本上无影响，待基坑开挖至既有线隧道洞身高度范围内，既有6 号线隧变形明显增加，直至开挖至基底标高。

2）跳仓施工，充分利用仓室间岩土或基坑主体结构对既有线的约束作用，结合监测手段，确保既有线变形处于安全可控范围内。

3）针对周边环境复杂建构筑物场地条件，在水文地质条件允许的情况下，通过优化基坑支护设计方案，巧妙地运用跳仓开挖方法，同时结合现场监测手段，对实施方案进行动态管控和优化，做到信息化施工，能有效控制基坑开挖过程中既有线的变形。

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