深基坑“零”距离既有车站结构安全评估与监测实例分析.pdf

地基与基础建 筑 技 术 开 发 169Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月深基坑“零”距离既有车站结构安全 评估与监测实例分析韩守程1，2，张 睿3，刘 健1，2，安育芳1，2，张 凯1，2（1.北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101；2.城市轨道交通深基坑岩土工程北京市重点实验室，北京 100101；3.南宁轨道交通集团有限责任公司，南宁 530029）摘要 当外部作业邻近既有地铁结构时，作为安全防护的重要举措，安全评估及专项监测被广泛应用于工程实际中。作为“零”距离既有车站的典型，以某深基坑项目邻近南宁轨道交通3号线车站为例，全面剖析围护结构方案、安全评估及专项监测过程，以监测数据验证支护设计、安全评估和施工组织的合理性，为类似工程开展提供经验。关键词 地铁保护；深基坑；安全评估 中图分类号U 231；TU 753 文献标志码B 文章编号1001-523X（2023）08-0169-03SAFETY EVALUATION AND MONITORING CASE ANALYSIS OF EXISTING STATION STRUCTURE WITH ZERO DISTANCE OF DEEP FOUNDATION PITHan Shou-cheng，Zhang Rui，Liu Jian，An Yu-fang，Zhang Kai AbstractAs an important measure of safety protection,safety assessment and special monitoring are widely used in engineering practice when the external project is near the existing subway structure.As a typical station with zero distance,this paper takes a deep foundation pit project near the station of Nanning Rail Transit Line 3 as an example,comprehensively analyzes the envelope structure scheme,safety assessment and special monitoring process,verifies the rationality of support design,safety assessment and construction organization with monitoring data,and provides experience for similar projects.Keywordssubway protection;deep foundation pit;safety assessment随着城市轨道交通线网的不断发展，深基坑涉及地铁保护区项目屡见不鲜1。深基坑开挖施工会打破原地层应力平衡，导致周围土体发生沉降和变形，对邻近的地铁结构安全产生不利影响2，成为地铁重大安全隐患3。因此，降低外部基坑作业对邻近地铁运营安全的影响显得尤为重要45。对于安全风险超过一定等级的地铁保护区外部作业项目，通常需按要求开展安全评估和专项监测，以确保既有轨道交通结构的安全。收稿日期：20230404作者简介：韩守程（1990），男，河南商丘人，工程师，主要研究方向为岩土工程勘察、地基处理及监测检测等。90对桩进行检测，整根桩垂直度偏差不大于0.5%。（2）基桩轴线的控制点和水准点应设在不受影响的地方，并妥善保护，施工中应定期复测。（3）水泥土搅拌桩根据设计要求，采用四搅两喷施工工艺，但要确保全桩长上下至少再重复搅拌一次。水泥掺入量应根据地层情况进行调整，宜为15%18%，土质松软时应加大掺入量。（4）植桩前应对桩位进行二次复核。8 结束语在本工程中运用新型的劲性复合桩施工工艺，充分发挥了预制管桩和水泥土搅拌桩优点，取长补短，使桩体受力更趋合理；水泥搅拌桩使桩周土体的界面粗糙紧密，大幅度提高桩基侧摩阻力。芯桩很好地将上、下好土层和桩体“串连”起来，协同效应强；同时芯桩截面尺寸及长度可根据荷载情况进行变化设计，可调性较灵活。本工程应用表明，在滨海地区软基条件下采用劲性复合桩施工有着良好社会、经济和环境效益。参考文献1 董广博.浅谈劲性复合桩技术的特点及施工注意事项J.工程技 术,2022(7):4.2 董静祎,朱晓章,黄侃.劲性复合桩在市政工程中的应用J.建设科技.2022(20):4446.3 许明军.粉土粉砂地层中劲性复合桩竖向承载力计算优化J.工程技术研究.2020,5(7):3334.地基与基础建 筑 技 术 开 发170 Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月如何有效预测地铁变形并采取有效控制措施至关重要6。以某深基坑项目“零距离”南宁轨道交通3号线车站为例，剖析项目开展的安全评估和专项监测情况，通过实测数据与评估预测值进行对比分析，全面剖析围护结构方案、安全评估及专项监测过程，以监测数据验证支护设计、安全评估和施工组织的合理性，为类似工程开展提供经验。1 工程概况1.1 项目概况本深基坑工程位于南宁轨道交通3号线某站地铁A号出入口南侧，基坑开挖边缘距离车站主体结构边缘约2.4 m，距离A号出入口约2.2 m，距离2号风亭约2.5 m，基坑开挖深度约10.5 m，基坑周长约425 m。1.2 工程、水文地质条件场地揭露的地层岩性自上而下为第四系人工填土（Q4ml）、第四系河流冲积成因的粘土（Q3al）、圆砾（Q3al），下伏地层为古近系古新统（E1）湖相沉积的泥岩、泥质粉砂岩。地下水类型为上层滞水和碎屑岩类孔隙裂隙水。上层滞水埋深2.505.60 m，碎屑岩类孔隙裂隙水埋深9.0013.10 m。1.3 设计方案该项目为重大工程，专项设计方案经专家论证，设计采用环形水平内支撑。由于周边环境复杂，同时需考虑支护刚度不平衡，邻近地铁允许变形小的特点，需进行安全评估。基坑支护采用支护桩+1道环形内支撑支护，地下水控制采用旋喷桩与支护桩咬合形成止水帷幕、明沟排水系统、疏干管井相结合的方式。1.4 关键施工控制措施施工前明确施工工序，邻近地铁侧做好围护结构桩间止水措施。加强桩后夹层土体注浆填充，使得桩背侧土体密实。做好试桩，确保成桩质量和桩后回填土填充密实。开挖时控制每步开挖土方的空间尺寸，做到分层、分段对称平衡开挖，每层不得超过 2 m，并以信息化数据指导施工。2 安全评估采用 MIDASGTS软件对基坑降水、基坑开挖、支护及其上部建筑结构施作对车站及其附属结构产生的影响进行分析。计算荷载在整个模拟计算过程中，对土层及模型中的结构构件只考虑其自重，施工阶段结构荷载及自重在软件中自动考虑。单元类型在计算时假定土体为连续介质，并采用实体单元模拟，地铁结构采用板单元模拟，基坑支护结构等刚度简化为地下连续墙并采用板单元模拟。边界条件在模型底部施加竖向固定位移约束，模型四周约束为各面的法向位移约束，地表为自由面。采用修正摩尔库伦准则，采用线弹性本构关系。计算假定建立在基坑工程按照设计要求进行施工并采取及时支护措施为前提条件。建立三维模型网格划分效果图如图1所示，模型共包含238 255个 单元。图1 结构模型为综合考虑施工过程中最不利因素对车站及其附属结构产生的影响，计算选取关键施工控制点进行数值模拟计算，模拟工序见表1。表1 模拟工序统计表序号施工进度工序1基坑工程施工前的初始状态工序2基坑围护桩施工工序3基坑降水工序4基坑开挖至梁底标高工序5施作基坑内支撑及冠梁等结构工序6基坑开挖完毕工序7施作桩基、通道开挖及拆除基坑支撑工序8施加上部结构荷载考虑本项目涉及的安全评估对象较多，本文论述以车站主体结构为例。根据计算分析结果，车站主体结构累计产生的最大位移发生在基坑开挖完成后，最大水平位移为3.06 mm，最大竖向位移为2.43 mm，满足变形控制要求。3 监测方案综合考虑保障隧道安全及设计单位施工图的监测要求，结合监测对象、项目特点，于地铁隧道结构、车站主体结构、附属结构1号出入口、2号风亭组布设地基与基础建 筑 技 术 开 发 171Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月监测点。由于涉及的监测项目较多，仅对车站主体结构开展的自动化监测进行讨论。车站主体结构开展了车站结构及道床结构竖向和水平位移自动化监测，测点按照断面划分，每个断面分别于车站侧壁及轨道道床各布设1个监测点，竖向和水平位移共点监测。基坑施工区域对应的车站结构以10 m间距布设监测断面，监测区域外扩50 m，外扩的范围按10 m、10 m、15 m、15 m布设监测断面。4 监测数据分析基坑施工对应的各施工节点时间见表2。表2 基坑施工节点统计表序号节点日期施工进度12021.3.6未施工22021.3.7围护桩施工32021.5.15冠梁施工42021.6.5基坑开挖施工52021.12.7地下室结构施工62022.7.8基坑回填施工72022.9.2基坑回填完成82022.10.2基坑回填完成30 d汇总监测数据并绘制车站竖向位移变化时程曲线图如图2所示。2021/3/6-3.00-2.00-1.000.00累计变化量/mm1.002.003.004.005.002022/1/6监测日期2022/3/62022/5/62022/7/62022/9/6Y12-1Y11-1Y10-12021/5/62021/7/62021/9/62021/11/6图2 车站结构竖向位移变化时程曲线图监测数据显示，车站结构呈现出整体上浮的趋势。过程中的最大累计变化量在2 mm左右，在基坑开挖过程中累计变形达到最大值，在地下室结构施工过程中变形相对稳定，呈现出少量下沉，在基坑回填开始后上浮量明显收敛。如图3所示。2021/3/6-3.00-2.00-1.000.00累计变化量/mm1.002.003.004.005.002022/1/6监测日期2022/3/62022/5/62022/7/62022/9/6Y12-2Y11-2Y10-22021/5/62021/7/62021/9/62021/11/6图3 车站结构水平位移变化时程曲线图监测数据显示，车站结构水平位移整体往基坑方向变化，累计变化最大在2 mm之内。在基坑开挖过程中累计变化量达到最大值，地下室结构施工过程中对地铁结构的水平位移变形影响较小，随着基坑回填的开始，变形呈现出明显的减小 趋势。将实测车站结构竖向位移监测数据与数值模拟的预测值进行比对，绘制出车站测点断面变化如图4所示，可见实测监测数据与安全评估的预测值有较高的拟合度。实测数据数值模拟Y7-1-3-2-101累计变化量/mm2345Y8-1Y9-1Y10-1Y11-1Y12-1Y13-1Y14-1Y15-1监测点号Y16-1Y17-1Y18-1Y19-1Y20-1Y21-1Y22-1图4 实测竖向位移与数值模拟断面比对综上，实测的车站结构及轨道结构竖向位移最大值为1.97 mm，实测的车站及轨道水平位移最大值为1.96 mm，与最大竖向位移为2.43 mm，最大水平位移为3.06 mm的数值模拟预测值基本吻合，整体变化趋势与评估工况模拟预测变形相吻合，最终变形值满足要求。5 结束语以某基坑影响既有地铁结构安全评估和专项监测实例为引导，通过实测监测数据的分析，得出如下结论：专项监测数据的整体变化情况与安全评估预测的变形趋势相吻合，监测数据结果满足评估预测变形值的要求，安全评估结论正确。施工过程中严格按照设计方案施工，地铁结构变形值控制较好，未出现任何险情，施工组织合理可行。地下水控制措施有效，支护桩+环形内支撑支护方式对“零距离”涉地铁结构变形控制效果好。参考文献1 林静,石杰红.深基坑项目邻近既有轨道交通安全评估与监测实例分析J.建筑技术开发,2022,49(3):158161.2 李民.深基坑开挖对邻近地铁隧道安全风险评估研究D.上海:上海应用技术大学,2020.3 林章凯.深基坑施工对既有地铁隧道的影响及保护措施研究J.福建建筑,2021(9):108112.4 苏涛.地铁隧道结构监测与安全评估综合研究J.铁道勘察,2019,45(5):813.5 钟颜开.基坑工程影响下的邻近地铁隧道结构安全评估方法与应用J.城市勘测,2019(1):205208.6 汤恺.邻近地铁隧道深基坑工程安全评估分析J.工程技术研究,2021,6(7):189190.