邻近既有轨道交通的商业广场基坑设计与施工

李欣

临近既有轨道交通的超大深基坑施工时，除保障基坑自身安全外，同时应重点控制深基坑施工过程中坑外土体的变形，确保地铁车站的安全。本文以郑州新田城商业下沉广场临近既有轨道交通洞林湖站深基坑的设计与施工工程为例，围绕如何保证地铁的正常安全和深基坑施工安全，对邻近既有轨道交通的深基坑设计和施工工作进行探讨。目前，新田城商业下沉广场已施工完成，本文的成果对临近既有轨道交通的深基坑设计和施工、保证地铁结构安全等方面具有一定的指导意义。

随着城市地下轨道交通工程的发展，临近既有城市轨道交通的工程越来越多。新建商业广场的基坑工程，会引起临近既有地铁车站结构发生变形，因此，需要对类似工程进行深入研究。临近既有城市轨道交通的基坑设计与施工，要充分考虑周边环境复杂、地质条件等因素，合理选择支护结构、开挖方式。要制定严密合理的监测方案，做到动态评估、及时反馈。通过科学的设计和合理的施工，保证工程质量。

一、工程概况

1. 新建新田城商业下沉广场概况

新田城商业广场位于荥阳市滨湖东路与奥莱大道交叉口东北侧，项目周边规划主要为商业及住宅用地，东、西两侧分别为首创奥特莱斯、碧桂园商业区，均已建成，南侧为郑州市轨道交通6号线洞林湖站。商业广场3#楼地块与洞林湖车站之间规划为下沉广场。

2. 既有郑州6号线洞林湖站概况

郑州市轨道交通6号线洞林湖站位于荥阳市贾峪镇，车站总长为237m。车站为11m宽岛式站台车站，主体标准段结构为地下两层单柱两跨结构，车站主体局部为地下两层双柱三跨结构。顶板覆土厚2.8～3.5m，车站标准段底板底平均埋深约1 8 m，断面宽度为20.1m，覆土约为3.5m，盾构井段底板平均埋深约为18.3m，断面宽度为24.0m，覆土最厚处约为3.2m。

3. 新建新田城商业下沉广场与既有6号线洞林湖站相互关系

新田城商业广场南邻轨道交通6号线洞林湖站，商业广场3#楼地块与洞林湖车站之间设计为下沉广场，下沉广场拟与洞林湖站4号出入口连通，邻近1号风亭组。洞林湖站的4号出入口接入商业广场地下一层商业区，连接通道的西侧，设置与下沉广场连通门，位置关系平面图见图1。

图1 新建商业广场与洞林湖站位置关系平面图

二、保护设计方案

下沉广场紧邻地铁1号风道、冷却塔、4号出入口，局部侵入地铁重点保护区范围，开挖底面高程170.5m，高于地铁结构底约3.9m，局部开挖底高程166.673m，与地铁1号风道、冷却塔和4号出入口结构底高程接近。

结合拟建工程场地地形、周边环境及工程地质条件等因素，新田城商业广场地下基坑围护结构选型考虑如下：

场地地形：拟建新田城商业广场场地现状相对平坦，略有起伏、场地开阔。

周边环境：新田城商业广场南邻轨道交通6号线洞林湖站，商业广场地下车库以及下沉广场基坑开挖均邻近既有地铁车站，施工对地铁车站结构的保护要求严格。

工程地质条件：场地开挖地层主要为填土、粉质黏土、黏质粉土、粉土等土层；基坑开挖深度约为15.4m，基底处的土层主要为粉质黏土层。地下水位埋深约22.5～25m（水位高程约153m）。

综合各因素考虑：从基坑开挖深度、控制周边土体变形、保证既有地铁站安全考虑，新田城广场地下基坑支护考虑采用钻孔灌注桩+锚索支护结构型式，见图2所示。

图2 钻孔灌注桩+锚索支护结构剖面图

由于下沉广场区域现状地面西低东高，起伏较大，施工需开挖0～5.5m范围厚的土层，考虑采用放坡开挖支护，见图2。在其它侧基坑，周边无场地制约因素时，基坑在远离地铁一侧（北侧）采用1～2级放坡开挖，并在坡面打设短钉、挂网喷混护坡；在邻近地铁结构一侧（南侧），地铁采用了φ800@1400的围护钻孔灌注桩，且嵌入下沉广场底面以下7.6～11m，具有支挡功能，可考虑在此区域直接分层、分区开挖土体，此区域开挖施工应注意防止地铁结构的侧移。

基坑放坡支护参数如下，支护结构示意图详图3：

图3 放坡开挖+挡土墙支护结构剖面图

（1）1、2级放坡坡率1∶1.5～1∶2。

（2）采用φ8@150×150钢筋网，100mm厚C20喷混面层。

（3）φ16短钢筋，长度1m，水平及竖向布置间距2m×2m。

三、计算分析

采用大型有限元软件MIDAS/GTS来分析新田城商业广场项目施工对地铁结构变形和受力的影响，结合城市轨道交通结构安全控制指标，判断施工的影响程度。土体采用三维实体单元，本构模型采用摩尔库伦模型，模型计算所需土层参数依据地勘报告中的土层物理力学指标取值，基坑围护及地下结构的计算参数按建设期混凝土标号选取，三维有限元模型如图4所示。

图4 新田城商业广场项目有限元计算模型

通过对新田城商业广场项目施工过程计算分析发现，洞林湖站主体及附属结构变形主要由基坑侧土体开挖及回筑产生，附属结构变形为主要变形。

根据分析结果，在新田城商业广场项目施工及使用过程中，车站主体最大水平变形值为3.18mm，最大竖向上浮为1.25mm，竖向沉降为－0.59mm；车站附属最大水平变形值为4.26mm，最大竖向上浮为4.75mm，满足规定变形限值要求。

轨道的高低最大值为0.29mm（10m弦长），轨道水平最大值为0.05mm，均小于4mm控制要求，满足规定变形限值要求。

根据分析结果，邻近附属结构变形对新田城商业广场项目施工及使用较为敏感，施工时应加强对邻近基坑侧附属结构的监测。

四、施工组织

（1）施工进场后首先完成临时占地、管线改迁、交通疏解等前期工作，然后优先施工下沉广场区域，完成后再施工其他区域。

（2）下沉广场区域围护结构施工：

①首先小区域范围开挖洞林湖站1号风道结构上方土体，并永久边坡防护，后施作挡墙（DQ2）。

②按设计图纸施工钻孔桩，桩心定位误差及桩体倾斜率必须满足设计要求。

③凿出钻孔桩桩顶上不小于50cm长段的浮浆，支模施工冠梁，并按图示平整冠梁南北两侧的施工场地。

④开挖下沉广场基坑，施作下沉广场挡土墙（DTQ1）结构，后覆土回填，地面铺装、绿化。

（3）下沉广场步梯、电扶梯、连接通道及挡土墙等结构的施工，应根据图中所示放坡边线开挖，未明示的可根据结构设计轮廓进行开挖。

（4）下沉广场开挖需破除出露地面以上的、既有地铁附属结构基坑围护桩，建议采取切割作业方法，应确保对既有车站结构不产生破坏。

（5）邻近地铁车站一侧基坑及下沉广场开挖应分段、分层、分区开挖，避免大挖方对地铁车站及周边土体造成较大影响。

五、监控量测

1. 监测范围

根据相关规范规定，本工程洞林湖站及两侧50m范围内的地面、建（构）筑物、管线和其他重点保护对象为主要监测区，监测等级一级，沿既有站线路方向每5～20m左右设置一个监测断面。

2. 监测项目内容

结合施工环境和地质情况，本工程的监测主要包括以下几方面：

（1）主要监控项目：

①既有站结构变形（变位）；

②既有站轨道变形（变位）；

③既有站道床（剥离）脱空；

④新建商业广场、下沉广场基坑工程的施工监测。

（2）由于必须对既有站结构进行全天候的实时监控量测，传统的监测技术在高密度行车的轨行区内无法实施，且不能满足对大量数据采集、分析以及及时准确反馈的要求，因此采用自动化程度和精度高的远程自动化监测系统对既有运营线的结构变形和轨道变形进行24小时的即时监控量测。

（3）对受影响地铁车站结构进行裂缝监测，采用现场监测和无线远程自动化监测相结合方法。监测内容包括裂缝位置、走向、形状、长度和宽度等，在过程中对裂缝变化进行跟踪测量。

3. 监测频率

监测工作自始至终要与施工的进度相结合，监测频率应满足施工工况的要求。为了确保既有线运营的安全性，同时考虑存在不确定性因素的影响，必须进行同步跟进实时监测。参照《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）等相关规范并结合相关工程实践，对邻近施工的监测频率提出以下建议值，具体见表1。

表1 邻近施工基坑支护结构、周边岩土体及周边环境监测频率表

六、结束语

（1）新田城商业广场项目施工对邻近车站附属结构变形影响较大，尤其是下沉广场施工时，邻近本项目侧附属结构变形突增，为降低基坑开挖、回筑及使用过程中对附属结构变形的影响，建议对下沉广场区域施工分层、分段开挖土方。

（2）新田城商业广场项目建设对轨道交通结构的变形影响大部分已在新田城商业广场项目投入使用后完成，在新田城商业广场项目长期使用期间，上部荷载变化较小，且大部分荷载通过桩基传递至地基深处，对轨道交通影响较小。

（3）地铁站点周边地下商业开发应尽可能与地铁同步设计、同步实施，否则后期无缝衔接实施难度及风险很大，将会大幅度增加工程投资、实施难度及风险。