温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司 余忠 325000
[摘要] 以温州市核心片区临近轨道交通S1线站南单元A-19地块项目工程为背景，分析了深基坑施工对轨道交通高架的影响。依托实际工程建立了三维精细数值分析模型，与实际监测数据进行对比分析，结果表明：采取适当的保护措施后，可将基坑施工对高架桥墩和桩基的影响控制在安全范围内，对类似工程具有参考价值。
[关键词] 数值分析；深基坑；轨道交通；变形；监测
0引言
随着城市化水平提高，轨道交通快速发展，城市深基坑工程的周边环境愈加复杂，建设难度加大。深基坑的开挖卸荷会引起周边地下水位和土体应力场的变化，必然会对周边环境产生较大的影响，严重的会导致建构筑物变形过大甚至的破坏[1-2]。城市轨道交通结构安全保护范围大，变形控制要求严格，既有轨道交通结构的保护是伴随地下空间综合开发而产生的重要课题。国内外众多学者对深基坑施工对临近轨道交通结构的影响问题展开了研究[3-7]。
本文主要以温州市核心片区临近轨道交通S1线站南单元A-19地块项目工程为依托，采用MIDAS/GTS建立三维数值模型，分析了基坑开挖卸荷对既有邻近运营轨道交通高架桥墩和桩基的影响，并与现场实测数据进行对比研究。
1工程概况
温州市核心片区站南单元A-19地块基坑位于温州市鹿城区，西侧为开源路，东侧为站场支路及温州站主变电所，南侧为落垟路，北侧为站场南路及轨道S1线高架。基坑开挖影响范围内对应S1线标号为317号～325号桥墩，每座桥墩下设有6根摩擦桩，桩径为1.25m，桩长约57m。
基坑东西向长度约246m，南北向长度约122m，基坑开挖总面积约27610m2，周长约841m；其中地下二层基坑面积为25614m2，周长约704m。地下一层基坑普遍开挖深度5.2m（主楼贴边处6.3m），地下二层基坑普遍开挖深度9.05m（主楼贴边处9.95m）。基坑开挖边缘距离温州市域铁路S1线高架桥承台最近距离为33.2m，与温州站主变电所最近距离为21.6m，基坑与S1线平面关系示意图如图1所示。
北侧紧邻市域铁路S1线区域的基坑为地下二层基坑，开挖深度为9.95m，采用“钻孔灌注桩排桩+二道内支撑”的支护方案，钻孔灌注桩桩径1000mm，间距1200mm，嵌入基坑底以下24.95m，止水帷幕采用单排Φ650mm@900mm三轴水泥搅拌桩，嵌入基坑底以下6.96m。基坑竖向设置二道支撑，其中第一道为800×800mm钢筋混凝土支撑，第二道为900×900mm钢筋混凝土支撑。基坑坑内采用三轴搅拌桩进行坑内弱加固和坑底强加固，加固形式为裙边加固。
2变形控制标准
根据相关规范要求，并综合考虑S1线高架桥墩规模、结构形式、基础类型、建筑材料、所处地质条件等因素，结合其与本工程的空间位置关系、已有沉降（差异沉降）和倾斜以及当地工程经验，本工程施工对温州市域铁路S1号线高架桥墩变形控制标准如下表所示：
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3有限元分析
3.1建立模型
根据基坑设计方案和S1线现状，采用MIDAS GTS建立三维计算分析模型，并对模型进行适当简化。（1）修正-莫尔库仑模型可广泛应用于软土地区地基开挖分析中[8-9]，将土层简化为水平层状分布的弹塑性材料，本构模型采用修正-莫尔库仑弹塑性模型。（2）土体、桥承台、地基加固区采用三维实体单元模拟分析，基坑支撑、钻孔桩、钻孔灌注桩围护结构均采用1D、2D结构单元模拟。（3）模型的前后左右边界分别施加水平位移约束，底部施加竖向位移约束，顶面不施加约束。（4）S1线桥梁结构计算时，桥面直接搁置在桥墩上（即忽略桥面对桥墩的水平约束），桥墩上部作用节点荷载，荷载大小按照S1线桥墩设计荷载取值。根据工程经验和理论分析，模型尺寸为430m×250m×70m（长×宽×高)，整个三维有限元计算模型共176991个单元，908938个结构节点。
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3.2施工工况
温州市域铁路S1线已运营，仅需模拟A-19地块基坑开挖、支撑施工、结构回筑。主要分为以下步骤：（1）初始化地应力；（2）激活S1线高架桥以及温州站主变电所；（3）进行围护结构、工程桩以及地基加固施工；（4）地块基坑开挖至第一道砼支撑；（5）地块基坑施工第一道砼支撑；（6）地块基坑开挖至第二道砼支撑；（7）地块基坑施工第二道砼支撑；（8）地块基坑开挖至基底；（9）施做底板；（10）拆除第二道砼支撑并施做中板；（11）拆除第一道砼支撑，总共11个计算工况。其中基坑开挖至基底（工况8）及拆除第一道砼支撑（工况11）为控制性工况。
3.3计算结果
根据地块基坑和S1线高架的相对位置关系判断，地块基坑施工对S1线的影响主要为垂直S1线路方向的水平位移和沉降。第一道砼支撑拆除后S1线桥墩和桥桩的位移云图如图4~图7所示。
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由图8可知，A-19地块基坑开挖时对S1线桥墩的水平变形影响较大，其中基坑从第二道砼支撑施工完成至开挖到基底期间，因为S1线发生的阶段水平位移最大（320#、322#桥墩最大为2.1mm）。
结构回筑阶段，第一道砼支撑拆除后，320#桥墩出现最大水平位移，其中墩顶最大水平位移4.5mm，墩底最大水平位移4.4mm，满足水平位移控制值5mm的要求；墩顶、底水平位移差最大0.2mm（位于322#、323#墩），桥墩水平倾斜率0.02‰（墩高取9m），满足桥墩水平倾斜率4.3‰的要求。
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由图9可知，地块基坑开挖至基底时，320#桥墩出现最大沉降，最大沉降为1.44mm，满足沉降控制值5mm的要求；相邻墩台最大沉降差出现在324#与325#桥墩之间，最大沉降差0.32mm，满足差异沉降控制5mm的要求。
4桥墩监测数据分析
根据基坑开挖影响范围对温州站南单元A-19地块项目保护区范围桥墩水平位移、桥墩沉降、桥墩倾斜度、桥面水平位移等开展监测。
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由图10可知，A-19地块基坑施工完成后，S1线320#桥墩发生水平位移最大，最大值为6.1mm，320#桥墩往两侧方向的桥墩水平位移递减。
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由图11可知，A-19地块基坑施工完成后，S1线323#桥墩沉降位移最大，最大值为3.0mm，320#桥墩产生沉降位移为2.2mm。
5结语
以温州市核心片区S1线站南单元A-19地块项目基坑为背景，采用有限元软件建立三维精细化数值模型，研究了基坑开挖卸荷对轨道交通高架桥桩变形的影响，并与现场实测数据进行对比研究。主要结论如下：
（1）深基坑工程应尽量远离城市轨道交通设施；临近轨道交通高架的深基坑施工过程中，坑底土体回弹，周边土体沉降，高架桥墩和桩基产生向基坑开挖侧的变形；随着基坑开挖深度加大，桥墩和桩基的变形逐渐增加。
（2）通过加强基坑工程围护结构刚度、增加围护结构插入比、增设坑底加固等保护措施后可将基坑开挖对桥墩和桩基的影响降低至轨道交通结构变形控制标准范围内。
（3）采用三维数值模型和修正摩尔-库伦土体弹塑性模型能较好模拟温州地区基坑开挖卸荷施工对周边环境的影响，有效指导设计施工，为类似工程提供参考。
参考文献：
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[[作者简介] 余忠，男，浙江温州人，1988年10月，大学本科，工程师，主要从事城市轨道交通工程管理工作，