临近运营地铁线路的深基坑工程设计

临近运营地铁线路的深基坑工程设计

崔学忠

昆明轨道交通集团有限公司云南昆明650011

摘要：随着国民经济的不断发展，我国的城市化进程不断加快，地下空间的开发利用越来越多，产生了大量的深基坑工程，且大部分深基坑位于繁华的城区，临近建构筑物较多，深基坑的开挖对临近重要的建构筑物会产生一定的影响，因此，安全可靠的基坑支护设计就显得尤为重要。本论文主要通过介绍昆明地铁线网控制中心基坑工程的重难点问题及设计分析后采取的应对措施，为以后的深基坑设计提供有益参考。

关键词：深基坑；支护设计；建构筑物

1工程概况

昆明市地铁线网控制中心（OCC）是昆明地铁10条线路共用的指挥中心，位于环城北路及北京路交叉口东北象限内，昆明轨道交通2号线昆明北站站东南侧。昆明北站站2号出入口及风亭紧邻本项目地块，且本项目东侧及南侧被住宅楼、教学楼、酒店建筑紧紧包围，周围环境较为复杂。

图2基坑及其与地铁2号线、临近建构筑物位置关系图

2工程重难点分析

该基坑为深基坑工程，基坑深约16.5m~18m，围护结构距已运营的地铁2号线区间隧道最小净距5.4m，距昆明北站风亭最小净距0.57m，基坑东侧及南侧为住宅楼、教学楼、酒店等建筑，净距约8~10m，东北侧距基坑2.9m处还有一10KV综合管廊，周围环境十分复杂，且基坑所在地主要为人工填土、粉土及圆砾土层，地下水丰富；同时，受场地限制，基坑形状不规则，施工场地不足等，对本工程的支护设计及施工都带来较大困难。

3基坑支护设计技术措施

因本项目基坑存在较多技术难点，因此，基坑支护的设计及施工，应充分考虑对既有地铁线及临近建构筑物的影响，确保基坑安全的同时，还需保证既有地铁线及周边建构筑物的安全运营和使用。对此，基坑支护设计采取了以下技术措施，以保证工程顺利安全实施：

3.1分期开挖

因本基坑形状异形，且靠近既有地铁线过近，最小净距仅5.4m，已进入既有地铁隧道10m的特殊保护范围，同时考虑周边环境情况，为确保支撑体系受力均匀，有效控制基坑开挖对地铁2号线及周边建构筑物的影响，经综合评估，最终基坑开挖采用分期施工的方案进行，先施工距离地铁隧道较远一侧的一期大基坑，待一期基坑地下室回筑完成后再开挖靠近既有地铁隧道的二期小基坑，且二期小基坑较浅，形状规则，受力明确，通过设计可确保既有地铁隧道的运营安全。

3.2围护设计

因基坑变形控制严格，且基坑范围内土层多为圆砾土，渗透系数大，地下水丰富，因此，基坑设计考虑采用变形控制及止水效果均较好的地下连续墙作为围护，刚度较大且浇筑灵活的混凝土内支撑体系作为支护，根据基坑条件及地质情况经计算，最终选取800mm厚地下连续墙加三道混凝土内支撑的围护结构型式，连续墙嵌入深度为14m/15m，插入比约为0.85。

基坑为异形深基坑，且基坑轮廓在多处形成大阳角，周边建（构）筑物亦较多、施工场地较小，因此，基坑支撑系统在设计过程一是采用对撑和斜对撑组合的桁架支撑体系确保稳定性，二是为了控制基坑变形，增加支撑体系刚度，同时解决场地紧张引起的施工组织问题，设计时考虑在第一道支撑处设置大栈桥板兼做板撑，为施工提供场地和通道，第二、三道支撑在局部位置设置板撑，同时可兼做施工堆料场地及部分垂直运输中转场地，支撑平面布置图如图3所示。

图4型钢格构柱灌芯装置剖面图

3.4基坑加固

本工程基坑距既有地铁2号线较近，尤其是距车站风亭最小净距仅0.57m，为减小和控制基坑开挖对2号地铁隧道及车站结构的影响，设计考虑对基坑与地铁结构之间的土体进行加固。根据地质条件及现场施工条件，经分析研究，最终决定选择对原状土体破坏较小的袖阀管注浆加固方式进行加固，根据保护程度，采取对距离风亭最近的基坑外侧土体进行袖阀管预先注浆加固，距离风亭及区间较近的基坑外侧预设袖阀管但不进行注浆，根据后续施工及检测情况再确定是否需要跟踪注浆，确保基坑施工期间的安全。

3.5基坑支护计算分析

基坑支护设计采用弹性地基梁法进行二维计算，并进行三维检算，经计算，地连墙最大位移20.5mm，满足要求，地下连续墙及支撑体系受力结果也与二维计算结果差别不大，变形、受力等满足规范及配筋等要求，三维计算云图如图5所示。

图6一期基坑开挖至基底后引起的附加总位移

4其他控制措施

4.1施工组织设计

基坑施工时，在基坑北侧靠近长寿路处设置围挡出入口，运土车等施工车辆严禁载重从靠近地铁一侧通行，均从基坑南侧及通过栈桥板行驶往基坑北侧出入口通行，以避开临近既有地铁高风险区域，确保施工安全。

4.2预留反压土体并调仓施工

基坑围护距既有地铁2号线昆明北站站风亭净距仅为0.57~0.88m，考虑到基坑开挖卸荷对风亭的影响较大，设计考虑开挖时预留反压土体，分段调仓开挖，减小基坑开挖卸荷对2号风亭的沉降变形影响。

图7预留反压土体断面图

5现场监测情况

基坑开挖及回筑期间，施工单位根据设计要求，对基坑变形、地铁及周边建构筑物的沉降等均进行了紧密监测，监测结果如下：地下连续墙位移最大值为20.57mm，接近控制值21mm，为靠近2号风亭基坑阳角处，经分析由后浇带换撑不及时引起，调整换乘工序后，该位移逐渐减小至19.29mm，并趋于稳定，其余变形均小于控制值；周边建构筑物最大沉降发生在公交住宅楼处，最大沉降值8.4mm，但后续沉降未继续增加，倾斜值0.56‰，小于控制值2‰；既有地铁2号线昆明北站站2号风亭最大沉降值5.4mm，小于控制值20mm，倾斜值0.36‰，小于控制值2‰；2号线地铁隧道管片最大沉降6.4mm，小于控制值15mm；隧道收敛值-2.7mm，小于控制值10mm；轨距累计变化最大值3.8mm，小于控制值-2mm~+6mm；轨道水平变形最大值2.2mm，小于控制值3mm。

施工期间，第三方监测单位亦分别对围护结构桩水平位移竖向位移、墙体水平位移、支撑轴力、坑外水位监测、周边建筑物沉降、周边地表沉降、周边管线沉降等数据进行紧密监测，并对运营地铁2号线结构进行自动化全面监测，监测数据亦处于安全可控状态，施工期间既有地铁2号线从未间断运营，现昆明地铁线网控制中心主体结构已基本完工。

6结论及建议

昆明市地铁线网控制中心深基坑围护距2号线区间隧道最小净距仅5.4m，距2号线昆明北站风亭最小净距仅0.57m，且周边建筑物环绕，基坑形状不规则，环境复杂，通过对支护设计方案认真比选并模拟计算，最终采用800mm地连墙加三道钢筋混凝土桁架内支撑的支护结构，并采取了基坑分期开挖、袖阀管注浆加固、设置板撑提高支撑体系刚度、设置管芯格构柱增加立柱承载力、预留反压土体减小卸荷影响等一系列措施，确保了基坑支护施工安全。

监测数据显示，本基坑在支护结构及各类措施的作用下，基坑、既有地铁线以及周边建筑物的位移、变形、沉降等均在安全可控的范围内，满足规范要求，且工程实施期间既有地铁线正常运营、周边建构筑正常使用，验证了该工程基坑支护设计合理，支护效果达到了预期目的。

深基坑开挖之前，可以采用多种方式进行基坑开挖数值模拟计算，在确保基坑安全的同时，对基坑开挖对临近建筑物的影响也可进行提前预判，并可根据计算分析结果对基坑支护结构设计进行优化，对建筑物保护措施提出建议。

参考文献：

[1]杨强，陈新，周维垣.基于D-P准则的三维弹塑性有限元增量计算的有效算法[J].岩土工程学报，2002，24（1）.

[2]陈焘，张茜珍，周顺华，宫全美；异形基坑支撑体系刚度及受力分析；地下空间与工程学报；2011年S1期.

[3]薛志成，马强，李石磊.摩尔-库伦等面积圆区服准则及工程应用[J].低温建筑技术，2006（2）.

[4]马以雷.深基坑开挖对周边建筑物的影响分析[D].深圳：哈尔滨理工大学深圳研究生院，2010.