紧贴运营地铁车站深基坑施工侧向变形相关性探析 摘 要:以上海地铁8号线人民广场站深基坑施工为例,通过一系列实测数据的统计分析,对紧贴运营地铁车站进行深基坑工程建设过程中新、老车站结构变形规律,以及变形控制进行了现场监测和理论计算的分析研究。 关键词:地铁车站;紧贴;深基坑;施工;变形控制 在已运营地铁车站(下称老车站)附近进行新车站深基坑工程的施工,老车站结构在单侧卸荷的情况下,原有的受力平衡状态会受到影响,结构将产生变形。所以,施工过程中必须严密监测基坑及老车站结构的变形。根据新、老车站结构变形控制要求,选用合理的施工工艺、基坑支护方式、基坑开挖和支撑施工参数,并根据实测数据,对施工工艺和施工参数及时进行调整。同时,还要根据施工阶段后期新、老车站结构的差异沉降特征,预先选用针对性的保护措施。 1 工程概况 上海市轨道交通8号线人民广场站为地下二层三柱四跨岛式车站(新车站)。车站外包长度329. 5m,标准段内净宽26. 48 m,端头井深15 m,标准段深13. 2 m。车站主体紧贴并平行于1号线人民广场站(老车站),并与1号线共用一堵地下连续墙。 车站周边交通繁忙、重要管线较多,施工场地狭小。拟建场地地基土在基坑开挖深度影响范围内主要以饱和淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土为主,但局部夹有薄层粉细砂及贝壳碎屑,第③层淤泥质粉质黏土中夹薄层砂质粉土。 2 不同基坑开挖施工方法对新、老车站变形影响的分析 一般基坑开挖常采用顺作法施工。当周围沿线建筑物距离较近时,为了尽量减少施工对周边环境的影响,可采用逆作法施工,以控制围护结构变形。为了分析逆作、逆作+顺作和顺作等三种施工方法对新、老车站围护结构影响的差异,采用二维和三维有限元计算方法对新车站基坑围护结构进行计算,确定围护结构设计、地基加固、基坑开挖支撑等参数(开挖宽度、深度、放置时间、支撑轴力大小等)。模拟三种施工方法对老车站结构影响所采用的开挖参数见表1。
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新、老车站变形见图4、图5。可以看出:基坑开挖放置时间和有撑暴露时间对控制新车站基坑变形及老车站结构变形、调整老车站结构变形状态是至关重要的。采用按限时原则的逆作法施工,新车站基坑东侧墙体变形可满足一级基坑变形控制要求;而老车站结构产生整体倾向基坑的变形,以及新、老车站结构的变形均较小。
4 基坑施工挖土步序对新、老车站结构变形的影响
在开挖④层和⑤层土时,为了利用开孔对出土的便利,单轴内挖土施工时采用先放坡开挖开孔处(近老车站一侧)土体,再开挖剩余土体。由于挖土进度过快、支撑施加较慢,④层土开挖到前面第5个轴线(约40 m)的土方后,才施加第1、2轴线内支撑,无支撑暴露时间平均为6~8d;而④层土开挖了近40m后,再开挖⑤层土。在上述挖土参数下进行施工,监测数据反映出新、老车站变形均过大,且远远超出设计变形要求。
为此,在后续10~20轴的中板下施工时,对开挖流程和支撑步序等施工参数进行了调整和优化。
具体为:
(1)先放坡开挖中间约8 m宽土体,再开挖两侧预留土堤(各9 m宽)。要求在开挖⑤层土时,④层土最多开挖2个轴线(约16 m)。
(2)强调施工区段挖土支撑工序的密切配合,减少暴露时间。要求每次开挖宽度最多为8 m,随挖随撑。
施工步序调整后,通过对新、老车站变形对比发现:深基坑工程施工具有空间效应。按照先挖中间通道再挖两侧剩余土体的流程,可有效控制新、老车站结构的变形。不同挖土步序对新、老车站计算变形对比见表3。
5 结语
通过对新、老车站施工侧向变形的相关性进行分析,得到以下一些结论:
(1)紧贴运营车站的基坑施工中,新、老车站结构变形相互影响,两者侧向变形相关性特征与支护形式和横向支撑刚度密切相关。采用逆作法施工,新车站围护结构侧向变形较大时,老车站产生背向基坑的侧向变形;采用顺作法施工,老车站结构主要产生朝向基坑的侧向变形。
(2)利用新、老车站侧向变形相关性特征,在保证车站横向支撑刚度及车站变形要求的前提下,设计时可适当放宽对新车站基坑东侧墙体变形的要求,通过允许新车站东侧墙体产生一定的侧向变形,以减小老车站朝向基坑的侧向变形。
(3)利用新、老车站侧向变形相关性特征,紧贴运营车站进行深基坑工程施工时,可通过适当放宽对新车站墙体侧土方开挖的时间和空间参数要求,严格控制老车站墙体侧土方开挖的时间和空间参数,以达到利用新车站东侧墙体侧向变形抵抗和控制老车站结构侧向变形的目的。同时,对紧贴老车站墙体一侧地基加固可适当增加加固深度、减少加固宽度,并可减小老车站结构的侧向和竖向变形。
参考文献
[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
[2]杨敏,熊巨华,冯又全.基坑工程中的位移反分析技术与应用[J],工业建筑, 1998.
[3]刘建航,软土基坑工程中时空效应理论与实践[J],地基处理, 1999.
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