[摘 要] 随着武汉轨道交通建设的发展，武汉地铁车站深基坑工程越来越多。地铁车站深基坑开挖过程中不可避免的对周边复杂环境会产生重大影响，以武汉某地铁车站深基坑为例，根据相关规范和标准，结合有限元软件对施工过程进行了建模分析。根据有限元计算结果提出了应对措施，为其他类似的深基坑工程提供一定的参考和借鉴。
[关键词] 车站；深基坑；有限元计算；风险分析
Analysis on the influence of deep excavation of a Wuhan metro station on adjacent environment
Zhu Zheng (Hubei Provincial Communications Planning and Design Institute Co. Ltd.，Wuhan 430051，China)
Abstract：With the development of Wuhan rail transit construction, there are more and more deep foundation pit projects in Wuhan Metro station. In the process of deep foundation pit excavation of metro station, it will inevitably have a significant impact on adjacent environment. Taking a deep foundation pit of a metro station in Wuhan as an example, according to the relevant codes and standards, combined with the finite element software, the construction process is modeled and analyzed. According to the finite element calculation results, the corresponding measures are put forward, which provides some reference for other similar deep foundation pit projects.
Keywords：metro station; deep foundation pit; finite element calculation; risk analysis
1工程概况
本车站为武汉地铁5号线工程的第26个车站，场地行政区域位于武汉市洪山区，在国铁武汉火车站东广场下，沿东广场南北向呈一字型布置，所在位置是进出国铁武汉站主要通道。车站外包长度为241.5m，标准段外包宽度为22.1m,开挖面积约为8193.53m2。武汉火车站地下结构标准段开挖深度约23.431m，小里程端盾构井明挖宽度为26.550m,深度为24.460m。
车站周边环境复杂，均为国铁武汉站配套设施，北侧距4号线停车线区间和风亭最近处7.6m和2.6m（地下1层，基坑深度深度14m，柱下梁板式筏板基础），南侧为杨春湖客运中心A区（需要整体拆除），西侧距国铁武汉站匝道桥桩（桩基础，桩长30m）17m，西侧距布丁酒店（地上3层，钢筋混凝土框架结构，天然基础，）15m，东侧为停车场地下空间局部与车站重叠，需要局部拆除（地下一层，基坑深度10m，柱下梁板式筏板基础）。
武汉火车站主体结构为地下三层单柱双跨矩形框架结构，采用临时路面铺盖系统的明挖法施工。车站主体结构和外挂一起施工，施工沿车站长度方向依次分别开挖施工。小里程端为盾构终到，车站站前区间采用盾构法施工；大里程端为线路终点，带折返线和停车线，折返线和停车线作为区间采用矿山法暗挖施工。车站主体结构采用钢筋混凝土箱型结构，围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑。
根据业主提供的地下管线分布位置图，暂发现拟建车站基坑范围内及周边地下管线主要包括给水管（JS铸铁?150）、排水管（PS砼BH400X400、WS PVC ?300、YS PVC ?400、YS PVC ?600）、电缆（DL直埋铜2根10kV、LD 铜 BH200X80 2根 0.22kV、LD 铜 BH200X80 2根 0.22kV）、通信光纤（DX光纤?100）等，主要在国铁武汉站地下空间周边并跨越拟开挖基坑，埋深0.50~2.50m，基坑开挖前需临时改迁全部管线，后期改迁至主体结构顶板上的永久管线，局部可凿除冠梁，留出管线通道。
图1 车站总平面布置图
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2地质概况
拟建场地位于剥蚀堆积垅岗区（Ⅲ级阶地），原始地形起伏较大，场地东南侧分布有水塘，修建国铁武汉站主体时部分回填，之后修建国铁武汉站东广场时，又进行大面积挖填整平。现地形平坦，地表高程介于22.46m～23.37m之间，最大高差约0.91m。基坑开挖土层由上至下分别为：（1-1）杂填土、 （1-2）素填土、 （1-3）淤泥质粘土（局部分布）、（10-1）粘土、 （10-1d）粘土、（13-1）残积土、（20c-1）强风化泥岩、（20c-2）中风化泥岩。基底均处于（20c-2）中风化泥岩。本次勘察期间对钻孔内初见水位及稳定水位分别进行了量测，综合确定拟建场站内地下水按赋存条件，可分为上层滞水、基岩裂隙水和孔隙潜水等。由于拟建车站基岩普遍被厚度为约2-5m的黏土层覆盖，且泥岩节理、裂隙多被泥质充填而水量极贫乏。
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图2 地质纵断面图
3对周边环境影响分析
3.1 对已运营4号线区间影响
车站基坑北侧距4号线停车线区间和风亭最近处7.6m和2.66m，4号线停车线区间和风亭为地下1层，基坑深度14m，基础形式钢筋混凝土箱型基础。根据实际需要，本处风险点计算采用二维平面计算方法。模型计算尺寸取120x50m（长x宽）。土体选用Mohr-Coulomb本构模型，除上表面为自由边界外，各外表面均约束法向方向的位移。本处主体基坑与4号线最小近距约为7.52m，深约24.6m，采用采用四道支撑（第一~二道为混凝土支撑，第三~四道为钢支撑），与4号线区间相邻侧的主体基坑围护桩采用Φ1200@1500钻孔灌注桩。计算模型及结果如下所示，由于本场区地面以下6m左右为20c-2中风化泥岩层，土质情况好，从位移云图上来看，主体基坑开挖时，既有4号线区间结构最大横向变形2.76mm，最大沉降为2.2mm，满足控制值要求。满足《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/T202-2013的隧道到水平、竖向位移小于20mm的要求。
图3主体基坑及4号线区间最不利工况整体竖向位移云图
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图4主体基坑及4号线区间最不利工况整体水平位移云图
3.2 杨春湖停车场地下空间风险源
客运中心地下空间局部与车站重叠，需要局部拆除（地下一层，基坑深度10m，柱下梁板式筏板基础）。杨春湖停车场地下空间为地下一层箱型结构，靠近本工程基坑侧基础底板埋深10m左右，持力层为20c-1强风化泥岩层。
根据实际需要，本处风险点计算采用二维平面计算方法。模型计算尺寸取174x63.5m（长x宽）。土体选用Mohr- Coulomb本构模型，除上表面为自由边界外，各外表面均约束法向方向的位移。本处主体基坑与杨春湖停车场地下空间贴临，采用四道支撑，与杨春湖停车场地下空间相邻侧的主体基坑围护桩采用Φ1200@1500钻孔灌注桩。计算模型及结果如下所示。从位移云图上来看，主体基坑开挖时，既有杨春湖停车场地下空间结构最大横向变形3.67mm，最大沉降为1.32mm，最大隆起为2.32mm，满足控制值要求。
图5主体基坑及杨春湖客运中心B区最不利工况整体竖向位移云图
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图6主体基坑及杨春湖客运中心B区最不利工况整体水平位移云图
4风险分析应对措施
虽然软件的计算结果显示该基坑开挖可以满足周边环境的安全要求，我们还是从以下几个方面采取措施来保证建筑物的安全：
（1）加强围护结构体系刚度
车站地下三层标准段采用φ1200@1500mm的桩作为围护结构，临近4号线的小里程段盾构区，采用φ1500@1800mm围护桩，并且设置5道砼支撑，砼支撑刚度大，整体性好，能够较好的控制基坑变形，对建筑物起到较好的保护作用。
（2）在车站基坑和建筑物之间设置隔离桩
本基坑围护结构设计时采取φ63@500钢管桩隔离+φ63@1200预埋注浆管追踪注浆的保护措施。可以有效减小基坑水平变形所引起的建筑物基础的水平位移。
（3）加强监测
在开挖过程中，加强对车站围护基坑及周边建构筑物的监测，当周边建构筑物沉降及倾斜达到预警值时，加设注浆管，进行注浆加固。
5结论
（1）地铁车站基坑在设计时施，必须要采用合适的有限元数值软件进行建模，分析地铁施工对周边复杂重要结构的影响。
（2）经过有限元建模计算分析可知，主体基坑施工时对既有重要的周边结构存在一定影响，应采取必要的保护措施。
参考文献（Reference）：
[1] GB50157-2013 地铁设计规范[R]
[2] CJJ/T202-2013城市轨道交通结构安全保护技术规范[R]
[3] DB42/T 159-2012湖北省基坑工程技术规程[R]
[4] JGJ311-2013建筑深基坑工程施工安全技术规范[R]
[5] 李 征，杨罗沙，炊鹏飞．西安某地铁车站超深基坑支护变形监测与分析［J］．西部探矿工程，201123(10):182-184，189．
论文作者:朱政
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2月5期
论文发表时间:2020/4/30