呂海英 朱雯蕾

摘 要：廣州南沙客運港地下通道與既有地鐵 4 號線南沙客運港站Ⅶ號出入口銜接工程，位于存在較厚海陸交互相沉積淤泥質土港口區(qū)，地質情況較復雜。文章采用數(shù)值模擬方法，分析銜接工程施工過程中引起的周邊地層變形、既有地鐵結構變形情況。根據(jù)模擬結果，結合相關工程經(jīng)驗，提出施工過程中對地層及既有地鐵結構變形控制措施及建議，避免因變形過大而導致地鐵結構破壞發(fā)生。

關鍵詞：地鐵;港口區(qū);地下通道;施工影響;控制措施

中圖分類號：TU411

0 引言

許多城市將地鐵的規(guī)劃與建設置于區(qū)域其他建（構）筑物建設之先，為此需為先建地鐵站預留與后期建（構）筑物的連接條件，從而實現(xiàn)交通一體化。在后期建（構）筑物連接過程中，既有地層及地鐵的安全性問題則是工程需要考慮的重點問題。廣州新建南沙客運港地下通道工程與既有地鐵4號線南沙客運港站的銜接工程處于港口區(qū)，采用明挖法施工，基底位于較厚的海陸交互相沉積淤泥質土中，基坑施工對地層及既有車站影響較大。本文通過模擬分析銜接工程施工對地層沉降、既有車站變形的影響分析，結合相關工程經(jīng)驗，提出相應工程安全保護措施。

1 工程概況

擬建廣州市南沙客運港地下通道工程位于廣州市南沙區(qū)沙興路地下，南起廣州市地鐵4號線南沙客運港站 Ⅶ 號出入口通道，北至郵輪母港。地下通道全長540.9m，為閉口框架結構，采用明挖法施工，基坑深度約為10 m。地鐵4號線南沙客運港站主體結構為三層多跨鋼筋混凝土結構，地鐵建設時在 Ⅶ 號出入口通道處預留了環(huán)梁銜接條件，圍護結構型式采用“地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐”。地下通道與既有地鐵銜接段基坑采用“灌注樁+內(nèi)支撐”支護體系，基坑外側采用單排三軸攪拌樁帷幕止水，基坑底部采用攪拌樁進行加固。

地下通道與既有地鐵銜接工程施工影響區(qū)域主要為周邊土體、車站主體、Ⅶ 號出入口、B2號風亭、Ⅵ 號出入口，其中，地下通道與以上結構的距離分別為19.9m、0 m、4.9 m、45.5 m。地下通道與以上結構相互位置關系如圖1所示，地下通道基坑斷面如圖2所示。

銜接工程處地層由上至下依次為素填土、海陸交互相沉積淤泥質土、海陸交互相沉積中粗砂、海陸交互相沉積砂質黏土、全～強風化花崗巖，地下水位埋深為1.2～2.4 m。

2 數(shù)值模擬及結果分析

2.1 基本假設

鑒于巖土材料物理力學特性的復雜性在數(shù)值計算過程中難以完全模擬，本次模型結合所研究的具體問題進行適當簡化，并采用以下假設。

（1）僅考慮正常使用工況，由于施工工期相對較短，不考慮人防、地震等偶然荷載。

（2）初始應力場假定為自重應力場，不考慮降水影響。

（3）圍巖材料為均質、各向同性的連續(xù)介質，混凝土結構為彈性材料，土體為彈塑性材料并采用摩爾-庫倫模型。

（4）施工處于正常良好的控制條件下。

（5）基坑周邊地面超載考慮為20 kN/m2。

2.2 計算模型

本文采用專業(yè)的巖土與隧道結構有限元分析軟件Midas GTS建立三維模型。根據(jù)地下通道基坑和地鐵結構的設計資料及研究目標，按照實際尺寸建立計算模型（圖3、圖4），模擬地下通道基坑開挖過程對周圍地層及地鐵車站結構的影響，模型中的結構、地層及施工場地地基等參數(shù)按照相關規(guī)范及勘察報告資料選取。

2.3 計算工況

根據(jù)施工步序，選取施工模擬的典型工況為：①工況1，初始狀態(tài);②工況2，施做地下通道基坑圍護樁結構;③工況3，開挖基坑至第1道支撐下0.5 m;④工況4，施做第1道水平撐;⑤工況5，開挖基坑至第2道支撐下0.5 m;⑥工況6，施作第2道水平撐;⑦工況7，開挖至基坑底部;⑧工況8，施做通道底板及部分側墻;⑨工況9，拆除第2道水平撐;⑩工況10，施作剩余側墻及通道頂板; 工況11，拆除預留口側墻; 工況12，拆除第1道水平撐及回填覆土。

2.4 變形計算分析

2.4.1 地層變形分析

施工過程中土體開挖后地層應力釋放會造成土體卸載作用，通過對基坑開挖支護的施工過程模擬，周邊土體三維的變形結果如表1及圖5～圖7所示。從表1及圖5～圖7計算結果可以得出以下結論。

（1）基坑開挖過程中，豎向（Z）變形逐漸在增大，基坑基底發(fā)生較大回彈變形，基底回彈變形最大為15.59mm，出現(xiàn)在工況7中，基坑臨近地鐵結構處基底回彈最大值為9.07mm。

（2）基坑開挖過程中，沿車站縱向的基坑橫向（X）變形逐漸增大，最大變形發(fā)生在工況9，變形值約為7.78 mm，最大變形部位在鋼圍檁附近，方向為偏向基坑側。

（3）基坑開挖過程中，沿車站橫向基坑橫向（Y）變形逐漸增大，最大變形發(fā)生在工況12，變形值約為2.92mm，方向為偏向基坑側。

2.4.2 車站主體結構變形分析

基坑施工會造成車站主體結構發(fā)生變形，施工模擬過程中，車站主體三維的變形結果如表2及圖8～圖10所示。從表2及圖8～圖10計算結果可以得出以下結論。

（1）新建基坑的施工對既有車站主體產(chǎn)生的變形影響較小，最大變形位置主要出現(xiàn)在車站主體結構與基坑臨近區(qū)域車站側墻部位。

（2）最大沉降（Z）變形發(fā)生在工況12，最大沉降為0.08 mm，同一工況下，軌道區(qū)發(fā)生最大沉降變形，變形值為0.07 mm。

（3）沿車站主體縱向的結構最大橫向（X）變形發(fā)生在工況7，最大橫向變形為0.07 mm，變形方向為偏向基坑側。

（4）隨著基坑開挖，沿車站主體橫向的結構橫向（Y）變形逐步加大，最大變形發(fā)生在工況11，最大結構橫向變形為0.29 mm，變形部位為車站與基坑臨近區(qū)域車站頂板，變形方向為偏向基坑側。

2.4.3 車站附屬結構變形分析

基坑施工會造成車站附屬結構發(fā)生變形，從施工模擬得出的車站附屬結構三維的變形結果可以看出，新建基坑施工主要對 Ⅶ 號出入口影響較大，對于B2風亭、Ⅵ 號出入口影響很小。Ⅶ 號出入口結構三維的變形計算結果如表3及圖11～圖13所示?？梢缘贸鲆韵陆Y論。

（1）隨著基坑開挖，車站附屬結構豎向（Z）變形逐漸增大，Ⅶ 號出入口最大豎向變形發(fā)生在工況7，變形值為7.90 mm，變形部位為出入口通道側墻，變形方向為上浮。

（2）隨著基坑施工，附屬結構沿X軸方向的橫向變形逐漸增大，Ⅶ 號出入口最大變形發(fā)生在工況9，變形值為6.93 mm，變形部位為出入口臨近地面區(qū)域，變形方向為偏向基坑側。

（3）隨著基坑施工，附屬結構沿Y軸方向的橫向變形逐漸增大，Ⅶ 號出入口最大變形發(fā)生在工況11，變形值為1.83 mm，變形部位為出入口通道側墻，變形方向為偏向基坑側。

2.5 變形總結

根據(jù)上述結構變形結果分析，基坑施工誘發(fā)地層及地鐵4號線南沙客運港站各部位變形匯總于表4，由表4可見，在地下通道基坑施工過程中，周邊土體、地鐵車站主體和附屬結構的最大變形量滿足DBJ/T 15-120-2017《城市軌道交通既有結構安全保護技術規(guī)范》相關要求，即豎向及橫向位移均小于15 mm容許值。

3 施工控制措施建議

考慮地下通道施工對于周邊的沉降、變形影響，為將施工影響控制在安全范圍內(nèi)，保證既有地鐵正常運行，提出如下控制措施建議。

3.1控制指標建議

通過數(shù)值分析表明，南沙客運港地下通道工程實施過程中，受影響區(qū)域主要為周邊土體、軌道交通4號線南沙客運港車站主體、Ⅶ 號出入口、Ⅵ 號出入口、B2號風亭，根據(jù)以上變形分析結論和本工程特點，同時考慮到現(xiàn)有常規(guī)測量儀器的監(jiān)測精度，并為后期其他工程預留一定的安全儲備，綜合考慮確定變形控制值如表5所示。

3.2 施工措施建議

（1）基坑降水過程中加強觀測。嚴格控制水流帶出的含砂土量，避免超深抽排影響地面的變形。

（2）基坑開挖后及時支護，嚴禁超挖?；娱_挖到底后，應立即進行通道結構施工，第2道支撐拆除后，底板與第1道撐的間距較大，建議在臨近既有出入口一側增設豎向倒撐。

（3）嚴格控制地下通道與軌道交通連接措施。精確測量放樣，確定破除位置，分層分塊進行破除，做好接口防水及加固措施。

（4）加強監(jiān)控量測。施工期間對周邊土體及既有站進行監(jiān)控量測，監(jiān)測點應布設在關鍵特征點上，例如，Ⅶ 號出入口臨近地面處、地下通道與地鐵連接處、Ⅶ 號出入口通道與基坑臨近處等。

（5）做好施工安全防護與應急預案。施工前需完成安全專項方案、安全施工技術交底等工作，需要制定針對性的應急預案，保證在出現(xiàn)異常時各相關單位及人員能夠及時有效地進行處理。

4 結論及建議

（1）對淤泥質土的基底地層進行旋噴注漿加固的措施是有效的。根據(jù)三維數(shù)值模擬計算結果，地下通道基坑施工過程中所引起的周邊地層、地鐵車站結構的變形均滿足相關要求。

（2）基坑開挖過程中應及時支護，重點關注基坑開挖到底、拆除第2道支撐等關鍵節(jié)點的銜接施工，保證周邊環(huán)境安全。

（3）在施工過程中應加強對既有建（構）筑物結構特征點的監(jiān)測，保證結構變形的可控性。

（4）通過地下通道施工過程對車站的影響數(shù)值模擬仿真計算，可以較好地驗證和評估工程實施的可靠性和合理性，依據(jù)模擬結果提出合理化建議。

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收稿日期 2019-12-25

責任編輯 朱開明