基坑开挖对紧贴运营地铁车站影响的分析及对策

李阳

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州510030）

1 工程概况

武汉地铁赵家条站为3、8 号线换乘站，其中8 号线位于武汉市建设大道南侧黄浦大街西侧，呈南北向布置在赵家条解放军干休所地块内，3 号线沿建设大道敷设。3、8 号线分别于2015年和2017 年建成通车运营。8 号线车站与地块内物业开发结合设置，车站顶板局部范围带上盖6 层裙楼，车站西侧为物业开发基坑，基坑面积约6840m2，深度约17.2～19.5m，与8 号线赵家条站共用地连墙。

车站所处地层主要由新近填土、全新统黏性土、砂性土及基岩构成，为长江I 级阶地。场地岩土自上而下分布有（1-1）杂填土、（2）素填土、（1-3）淤泥质黏土、（3-1）黏土、（3-2）粉质黏土、（3-5）粉质黏土、粉土、粉砂互层、（4-1）粉细砂、（4-2）粉细砂、（4-2a）黏土夹粉土、（4-3）中粗砂夹砾卵石、（15b-1）强风化砂砾岩、（15b-2）中风化泥砂砾岩。

场区的地下水有上层滞水、孔隙承压水、基岩裂隙水三种类型。其中孔隙承压水主要赋存于（3-5）、（4-1）、（4-2）及（4-3）层，含水层渗透性一般随深度的增加递增，受侧向地下水的补给，与长江水力联系密切，呈互补关系，地下水位季节性变化规律明显，水量较为丰富。基岩裂隙水量较小，对工程的影响不大。

图1 基坑横剖面图

根据《轨道交通地下工程建设风险管理规范》及《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T202-2013），基坑工程位于地铁车站和8 号线区间隧道的强烈影响区，二者之间的相互影响等级为特级。参照国内类似相关工程对地铁轨道变形的控制标准：车站结构变形控制标准（6mm），衬砌直径变形量＜3‰D。

2 设计方案

由于基坑东侧紧贴运营地铁车站和区间，均为重点保护对象，因此设计采取了一系列技术措施，以确保基坑施工过程中地铁结构的安全和运营安全：

2.1 采用刚度较大的支护体系：围护结构采用具有较大抗侧刚度的1m 厚地下连续墙，坑内设置三道混凝土支撑，基坑横剖面如图1 所示。

2.2 遵循时空效应原理的设计开挖工况：整个基坑施工划分为10 个工作区，分区分段开挖土方，待每段开挖至基底标高后及时浇筑底板，方可进入下一块土方和基础底板的施工，且紧贴地铁车站的工作区应跳仓施工。

3 基坑开挖对地铁影响的计算与分析

3.1 模型参数的选取及模拟步骤

采用PLAXIS 2D 有限元软件进行岩土工程二维变形和稳定分析，程序包含了2D 动力（Dynamics）模块和2D 渗流（PlaxFlow）模块。

选择板单元来模拟地连墙、楼板，其本构关系为弹性模型，按照工程设计方案输入截面面积和惯性矩等参数。内支撑采用锚定杆模拟，模型的边界条件为：模型底部约束Y 方向位移，模型左右两面约束X 方向位移。

为分析基坑施工导致相邻的车站及隧道的变化关系，按照施工过程，建立模型分析基坑隧道的变形规律:（1）模型生成初始地应力;（2）生成地铁结构，并位移清零;（3）生成基坑围护结构，并位移清零;（4）开挖第1 层土，施加第一道支撑;（5）开挖第2 层土，施加第二道支撑;（6）开挖第3 层土，施加第三道支撑;（7）开挖至基坑底，施工底板。

图2 开挖结束时结构竖向位移

图3 开挖结束时结构水平位移

3.2 计算结果分析

基坑开挖结束时结构的竖向和水平位移如图2、图3 所示。根据数值模拟分析结果，本项目基坑开挖施工期间，基坑开挖引起的3 号线赵家条站主体结构最大水平位移5.34mm，最大竖向位移5.61mm，地铁3 号线隧道衬砌最大水平位移1.76mm，最大竖向位移3.96mm；基坑东侧地铁主体车站最大水平位移5.98mm，最大竖向位移2.44mm；计算结果未超过地铁结构位移控制标准（6mm）。

3.3 监测结果分析

基坑开挖结束时车站监测结果如表1 所示。可以看出，基坑开挖导致车站最大竖向位移为3.52mm，最大水平位移为4.5mm，小于数值分析结果，同时满足地铁结构位移控制标准（6mm）。

表1 车站监测结果

4 结论

4.1 从实施效果来看，采用刚度较大的支护体系和遵循时空效应原理的设计开挖工况确保了基坑周边既有地铁运营线路安全，取得了良好的效果。

4.2 采用有限元分析方法能模拟基坑开挖对紧贴运营地铁车站的影响，较好的指导基坑设计和开挖方案。

4.3 监测数据表明基坑开挖导致了地铁车站和隧道产生了一定的变形，但变形量小于车站和隧道结构的变形控制标准，可见设计所采取的措施是合理可行的。