中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250002
摘要：本文以宁波地铁3号线为例说明两侧基坑开挖时对已经存在的区间的影响，主要分析车站两侧基坑开挖过程中对中间已有区间影响的原因，并针对这些原因从开挖方法、支撑布设、地下水位变化、土体应力变化等几方面提出控制技术，最后采用三维模拟分析从而得到一些结论。
关键词： 两侧基坑 开挖 区间 控制
1 引言
近几年地铁的开发利用越来越多，带来了沿线土地开发的迅速增加。临近地铁的土地开发基坑施工打破了原有地铁结构周边土体的应力平衡，造成了地铁车站及区间隧道附近地应力重新分布，进而使既有区间结构产生变形。因此临近地铁的基坑开挖对既有区间的影响不容忽视，需要对该类基坑的施工采取控制措施。
2 工程概况
仇毕站物业位于地铁车站南北两侧，规划为住宅小区，地上18～32层，地下两层，地下室功能为停车库及设备用房。目前仇毕站车站已完成结构封顶，车站两端盾构区间隧道也已完成。物业基坑最长处200m，总面积约1.8万㎡，开挖深度最深11m。物业基坑围护形式采用600mm厚地下连续墙+两道钢筋混凝土支撑，车站两侧地下连续墙与物业基坑共用，其总体平面布置图如图1所示。
图1 总平面布置图
已建成地铁车站为地下四层岛式站台，双柱三跨箱形框架结构。车站基坑长187.877m，标准段宽23.20m、开挖深度27.85m。采用明挖顺作法施工，车站中心顶板覆土厚度1.55m。围护结构采用1200mm厚地下连续墙+混凝土（第一、六道支撑）和钢管内支撑（第二、三道采用直径609mm，壁厚16mm钢支撑，第四、五、七、八道采用800mm，壁厚16mm钢支撑）体系，车站与物业基坑的剖面关系见图2所示。
图2 车站与物业基坑的剖面关系
3 影响因素的分析
3.1 两侧基坑开挖对中间区间的侧压力
车站区间两侧基坑开挖时，土体应力造成损失。两侧应力损失不能完全达到同步，会造成车站某一位置成为一个轴点，由于车站结构的刚度是远远大于土体的，又在失衡应力的作用下，车站区间会围绕这个轴点旋转，造成车站区间的变形，结构开裂受损，车站区间旋转见图3所示。
图3 土体应力失衡车站旋转示意图
3.2 物业基坑土体泄压造成车站沉降
3.21 车站区间本身的沉降
两侧物业基坑的开挖造成坑底以上的土体泄压，在土层压力的作用下，基坑底以下土体会产生塑向流动，由车站及隧道区间下流向物业基坑下，造成车站及隧道区间下土体松散，土层自重损失严重从而导致车站区间产生沉降，由宁波基坑施工的以往经验，如果不采取措施，基坑开挖时周围建筑物的沉降值会比理论值还要大。
3.22 车站与两端隧道不均匀沉降
由上所述土体的塑向流动，造成两侧物业中间部分的沉降。车站区间两端的隧道口离物业基坑最近的距离约3m，因此影响也是不可忽视的。车站是一个四层混凝土框架结构，隧道是一个埋深约20m的盾构管片组装成的圆形结构，两者受力不同，结构不同，造成的下沉量也会不同。车站与两端隧道不均匀沉降会给后期地铁运营带来难以修复的缺陷。
3.3 地下水位变化的影响
物业基坑开挖后，基坑底板与承压含水层间距离减小，相应地承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，承压水顶托力可能大于其上覆土压力，导致基坑底部失稳从而地下室突涌。地下水一旦突涌，物业基坑周边水层会形成一个漏斗形状，基坑周边结构下水位急剧下降造成结构塌陷。
基坑底板抗突涌稳定性条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力。（见图4）
∑h • γs ≥ Fs • γw • H （1）
其中：h — 基坑底至承压含水层顶板间各层土的厚度（m）；
γs — 基坑底至承压含水层顶板间各层土的平均重度（kN/m3）；
H —承压含水层顶板以上的承压水头高度（m）；
γw —水的重度（kN/m3），取10kN/m3；
Fs — 基坑抗突涌安全系数，取1.10。
图4 基坑底抗突涌验算示意图
根据本工程详勘报告，对工程存在突涌风险的承压含水层为⑥2T层粉土，基坑底至承压含水层顶板间土的加权平均重度取18.5kN/m3，埋深最浅处38.7m，场地内⑥2T层粉土水位最大水头高度46.65m；根据上述公式可以得出：
38.7×18.5＞1.1×10×46.65
由以上数据可以得出：坑底板至承压含水层顶板间的土压力大于安全系数下承压水的顶托力，所以地下水位的变化不会形成突涌，从而不会造成地铁区间的塌陷。
4 控制技术措施
4.1 对称开挖
车站两侧物业开发两个基坑在开挖时，为了消除对车站区间失稳的侧压力，应采用对称开挖的方式进行施工。把车站两侧的基坑进行分区分块，每次开挖两个基坑对称的区域。除此之外先形成中间支撑，再大面积的开挖，从而减少无支撑暴露时间，消除两侧的应力差。
4.2 分坑施工、区别对待
车站两侧物业基坑形状不是完全一样的，无法实现完全的对称施工。通过优化设计，把车站区间两侧的基坑每个再以中隔墙为界线分为两个小坑，一方面减小基坑长度，另一方面每个基坑里的两个小坑可以利用不同的开挖方法实现最大可能的对称开挖。A和B区采用由垂直于车站区间方向由远及近对称区域分别开挖，减少土体扰动对车站的影响。C和D区采用盆式开挖方式，预留反压土，减少无支撑暴露时间，从而减少施工风险，土方开挖顺序见图5所示。
图5 土方开挖单层土块编号及开挖顺序示意图
4.3 分区加固及增设隔离带
为了减少坑底土体流动，在基坑内增设加固区域。加固区域分为两种，一种为在基坑局部加深位置，另一种在物业基坑与车站交接的位置。加固采用三轴搅拌桩，坑底以上为弱加固，水泥掺量8%，坑底以下3~5m为强加固区，水泥掺量20%。另外在车站端头位置靠近盾构隧道区间方向加设一排到隧道底以下5m的隔离桩。
地基加固提高了土体的抗剪强度，减少周围地层的移动，限制了基坑土体的隆起，抑制了车站区间的沉降。隔离桩有效的隔断敏感区域土体的流动，减少了对隧道区域的影响从而降低了不均匀沉降的可能性。
4.4 控制效果
根据物业开发地下室对车站区间的影响，利用三维有限元软件对采取控制技术措施后受力状况进行模拟分析，其竖向位移模拟图和横向位移模拟图如图6、图7所示。
图6 竖向位移模拟图
图7 水平位移模拟图
由上面模拟得出最大竖向位移为9.36mm，最大水平位移1.17mm，小于车站区别变形值，满足设计要求。
5 注意事项
地铁车站两侧基坑开挖对既有区间的影响，主要从土体性质、地下水位变化等因素分析，针对受影响的内容采用不同的处理方式，尽量减少基坑开挖对既有区间的影响，也为基坑自身的顺利进行做铺垫。在施工时还应注意以下内容：
（1）采用信息化施工并确定监控量测控制标准。
（2）围护结构、第一道冠梁支撑形成整体、土体加固措施必须在基坑开挖前完成。
（3）在施工过程中坚持“先撑后挖、随撑随挖”的原则。
6 结论
（1）由以上分析可以看出对车站区间影响最大的是土体流动，由于土体流动影响造成车站沉降变化。通过采取土体加固、不同的开挖方法等措施，能够有效控制两侧基坑开挖对既有区间的影响。
（2）通过三维有限元模拟分析，可以得出竖向位移最大的地方是在车站中部靠南区域，因此需要调整开挖顺序由北向南开挖。
（3）水平位移最大的区域在深度约30m左右的地方，因此土体的强弱加固必须达到这个深度才能降低影响。
参考文献：
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论文作者:陈希
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/24
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