地下停车场支护及风险设计要点分析

杨易灵 （合肥市市政研究总院有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

随着城镇化快速发展，深层开挖技术和装备的逐步完善，地下空间开发将逐步向深层发展。城市地下空间深层开发利用主要表现在三个方面：首先，城市轨道交通建设的快速发展带动了城市地下空间资源的大规模开发利用；其次，“停车难”问题仍在不断扩大，制约了城市中心区域的发展和城市化的进程[1～2]；最后，充分开发利用地下空间资源的防护潜能，提高城市综合防灾抗毁能力。

城市轨道交通与地块衔接和一体化建设是最普遍的形式，一般兼具停车、连通或商业功能[3～4]。地下停车场基本不占用城市土地，使城市能留出更多的开敞空间用于绿化和美化，提高城市环境质量。且在防护上的优越性，通常大型地下停车库会与人防设施结合起来。地下停车场也会有造价高，工期长，施工难度大等不足。老城区新建地下停车场周边影响因素多，尤其是对轨道交通的影响更是不容忽视。本文以合肥市长江东路地下停车场为工程实例，探讨停车场基坑支护[5]及停车场施工对周边轨道的风险分析。

1 工程概况

本工程位于长江东路与东二环路交口东南象限，为地下二层停车场，总建筑面积8090m2，停车位188 个，其中地下电动汽车充电专用车位39 个，无障碍停车位4 个。停车场上部覆土1.5m，建成后地面为景观公园。停车场周边用地较为成熟，北侧为长江东路（主干道），长江东路下分布着正在运营的轨道2 号线，地下停车场与轨道2 号线东七里站B 号出入口连接；西侧为东二环路（快速路），东二环路下分布有在建轨道4 号线盾构区间；南侧、东侧为老旧小区。停车场位置如图1 所示。停车场既能解决周边配套停车问题，又兼换乘功能。

图1 总平面图

2 支护分析

本地库支护结构按临时构件考虑，设计使用年限12 个月。基坑侧壁安全等级为一级，重要性系数1.1。地库基坑变形控制保护等级为一级，地面最大沉降量≤0.15%H（H 为基坑深度），且≤30mm。支护结构最大水平位移≤0.15%H，且≤30mm。停车场支护分为4个部分，支护结构均采用钻孔灌注桩+内支撑支护体系，采用明挖顺作法施工。

停车场在勘察深度范围内揭露的地基土均属第四纪沉积物，主要由粘性土、粉性土、砂性土组成。场地地基岩土自上而下分别是①杂填土、②粘土、③粘土、④粉质粘土、⑤粉土夹粉砂、⑥细砂夹粉砂、⑦强风化泥质砂岩、⑧中风化泥质砂岩。场地地下水主要为赋存于①层杂填土中的上层滞水，地下水位变化主要受大气降水、地面蒸发及地表径流控制。承压水主要赋存于⑤层粉土夹粉砂、⑥层细砂夹粉砂、基岩的风化裂隙、孔隙中，主要接受侧向补给，以径流等形式排泄，动态变化较小，具有弱承压性，基岩裂隙水水量较小。①层杂填土成分复杂、结构松散，局部空隙率大，具有较强的渗透性。②、③层粘性土渗透性弱，为相对隔水层。在基坑开挖后，会有少量重力水渗出，对施工影响较小。深部的承压水对基坑施工、桩基或锚杆施工影响较小。停车场抗浮设计主要考虑基坑外围充水对地下室产生的上浮作用。经综合分析，抗浮设计水位取室外设计地坪高程以下1.00m。

停车场用地受限，基坑异形，且深度不一，将停车场基坑分为两期施工。一期施工中部负二层停车场，二期施工其余部分。一二期支撑布置详见图2～图3所示。一期基坑深10.45m，围护结构采用D800@1200 钻孔灌注桩+一道混凝土支撑+一道钢支撑。混凝土支撑尺寸为800mm×800mm，钢支撑采用Φ 609×16 钢管撑。基坑四周设置角撑及斜撑，中部设置对撑，支撑中部设格构柱。第一道支撑位于冠梁上，第二道支撑处设置钢围檩，钢围檩采用双榀工45c 工字钢。钢斜撑位置增加“抗剪墩”措施，中部钢对撑施加轴力伺服系统，角部钢支撑施加预应力。

图2 支撑布置图（一期）

图3 支撑布置图（二期）

基坑开挖分6 个工序，依次为①场地平整后由地面施工钻孔灌注桩、临时立柱；②开挖基坑至第一道混凝土支撑底，施工桩顶冠梁及挡墙，待冠梁达到强度后架设第一道钢支撑并施加预应力；③开挖基坑至第二道钢支撑底，架设第二道钢支撑并施加预应力；④开挖至坑底，浇筑底板垫层、敷设防水层，施工底板、底梁及部分侧墙；⑤分段拆除第二道支撑，施工侧墙防水层、侧墙、中板；⑥施工顶板及顶板防水层，待顶板达到强度要求时，分段拆除第一道支撑，分层分段回填顶板覆土。

通过计算，基坑桩身最大位移4.3mm，地表最大沉降11mm，均满足变形控制保护等级为一级的控制要求，基坑整体稳定性、抗隆起稳定性、抗倾覆稳定性均满足规范要求。

停车场二期由三部分组成。南侧负二层基坑深10.45m，围护结构采用D800@1200 钻孔灌注桩+一道混凝土支撑+一道钢支撑。北侧连接轨道的连接通道基坑深7.15m，围护结构采用D800@1200 钻孔灌注桩+一道钢支撑。北侧坡道基坑深7.15m，围护结构采用D600@900 钻孔灌注桩+一道钢支撑。施工工序同一期基坑。

通过计算，停车场南侧负二层基坑桩身最大位移5.2mm，地表最大沉降13mm；北侧连接通道基坑桩身最大位移1.3mm，地表最大沉降3mm；北侧坡道基坑桩身最大位移6mm，地表最大沉降6mm。桩身最大位移及地表最大沉降均满足变形控制保护等级，为一级的控制要求，基坑各项安全稳定性系数均满足规范要求。

基坑施工前，应在四周设置护栏，在围护结构、冠梁达到设计强度后，方可进行基坑开挖，地面超载不得大于20kPa。土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖、及时支护”的原则。基坑开挖必须分段、分区、分层、对称进行，不得超挖。应严格控制坑内纵坡坡率，并及时做好坡面防护，防止纵向滑坡事故。为了保证基坑安全，施工单位应制定基坑开挖应急方案，基坑开挖期间应配备必要的设备及材料，并配备一定数量的抢险人员。施工过程应加强施工监测，使基坑处于安全监控中。监测项目达到或超过监控预警值时，应适当加密监测次数，发现异常情况及时报警。

3 风险分析

根据《合肥市城市轨道交通管理办法》及有关轨道交通严格控制区和影响控制区范围的规定，结合地下停车场与轨道相对关系，对周边风险源进行分析。经分析调查，停车场风险源包括轨道2号线出入口、4 号线区间。停车场施工对2号线、4号线结构安全的外部作业影响等级如表1所示。

停车场施工对轨道结构安全的外部作业影响等级表 表1

建立三维模型，分析停车场分部施工对轨道结构的影响规律。土体使用实体单元，采用修正摩尔库伦模型；4 号线隧道管片、桩、出入口结构、车库结构使用板单元，采用弹性模型；冠梁、围檩、混凝土支撑和钢支撑使用线单元，采用弹性模型。模型采用位移边界作为边界条件，除上表面为自由面外，其余各外表面均约束法线方向的位移。模型尺寸为120m×90m×23m（长×宽×高），三维模型示意如图4所示。

图4 模型示意图

一期停车场施工分九个工况，依次为①一层开挖（开挖深度1m），施工停车场围护桩、冠梁及第一道混凝土支撑；②二层开挖（开挖深度1m）；③三层开挖（开挖深度4.1m）；④四层开挖（开挖深度0.75m），施工钢围檩及第二道支撑；⑤五层开挖（开挖深度3.2m）；⑥施工停车场底板及负二层侧墙结构；⑦拆除钢围檩及第二道支撑，施工负一层侧墙及顶板；⑧回填顶板上部覆土；⑨拆除冠梁及第一道支撑，覆土回填至设计标高。

经计算分析，4 号线区间隧道位移与施工步序关系见图5，2 号线出入口位移与施工步序关系见图6。4 号线区间隧道最大水平位移出现在工况（7），位移为1.499mm；最大竖向位移出现在工况（6），位移为1.215mm。2 号线出入口最大水平位移和最大竖向位移均出现在工 况（6），位 移 分 别 为3.18mm 和2.324mm。2 号线出入口结构及4 号线区间隧道的位移都在限制值之内。

图5 一期工程对4号线区间隧道右线影响水平、竖向位移图

图6 一期工程对2号线出入口影响水平、竖向位移图

同理，分析二期北侧连接通道施工对2 号线出入口的影响。二期北侧连接通道为负一层通道，2 号线出入口顶底板及侧墙未预留接驳条件。连接通道施工时需破除现有出入口部分顶底板及侧墙，漏出钢筋，进行焊接连接。为确保接驳施工时，现有出入口结构的安全，施工前需对出入口上部荷载进行卸载，即挖除出入口接驳位置上部覆土，在出入口内部设临时型钢立柱进行临时支撑。连接通道基坑开挖完成后，凿除接驳范围内出入口围护桩及侧墙，原钢筋保留，新增侧墙钢筋锚入后重新浇筑，钢筋的锚固长度应满足相关规范要求。在侧墙开洞处施作框架梁、柱，并与连接结构连接整浇，完成对现有出入口的改造。二期北侧连接通道对2 号线出入口影响位移图，见图7所示。

图7 二期北侧连接通道对2号线出入口影响水平、竖向位移图

二期北侧连接通道施工将引起地下2 号线出入口水平位移和沉降，最大水平位移为0.244mm，最大沉降量为0.132mm，在出入口结构变形容许值范围内。

二期北侧坡道（地下一层）、二期南侧停车场（地下二层）对2、4 号线区间外部作业影响等级均为二级。经计算，二期北侧坡道施工将引起轨道交通2 号线区间隧道水平位移和沉降，最大水平位移为 0.546mm，最大沉降量为0.101mm。二期南侧停车场施工引起右线隧道的最大竖向位移为0.555mm，最大水平位移为2.030mm，均满足区间隧道结构安全的要求。

在地下车库施工过程中，通过轨道车站结构、区间结构监测数据的采集、分析、反馈，可及时掌握现状车站结构的安全状态，并对出现的问题及时处理。应实现信息化监测，及时、准确地测定各监测项目的变化量及变化速率，及时反馈获取的监测信息，供设计、施工及有关工程技术人员决策使用。

4 结论及建议

停车场分两期施工，采用钻孔灌注桩+内支撑支护体系，明挖顺作法施工，基坑各项安全稳定性系数均满足规范要求。停车场施工对轨道2 号线出入口及4 号线区间隧道的影响进行模拟分析，水平和竖向位移均在轨道控制保护标准范围内，对轨道影响风险基本可控，通过精细化施工能保证所在范围的轨道交通结构的安全，满足轨道结构安全的要求。

在施工前应制定详细的施工组织方案，优化施工工序，制定基坑开挖应急方案，严格按照设计及施工方案进行施工作业。施工期间，对基坑及周边4 号线区间结构、2 号线东七里站及其附属结构等进行监测，认真贯彻落实监测预警等级制度，确保基坑和周边建构筑物安全。项目施工完成后应继续监测三个月，直到变形数据稳定。