基坑施工数值模拟及理论分析的研究成果

由于本工程并非单一基坑下穿低净空运营轨交高架，高架某一墩柱四周均需开挖，不同的基坑分坑形式和开挖顺序对高架的沉降影响也会不同，因此本节主要通过数值模拟及理论分析确定最优分坑形式和基坑施工顺序。

3.4.2.1　比选方案说明

基坑开挖引起坑底土体回弹，从而导致紧邻高架承台的隆起变形。根据基坑变形控制中“充分利用时空效应和隧道刚度”的原理，考虑“充分利用并加强高架承台抗隆沉能力”，其施工开挖的原则如下：

（1）通过设置分隔墙的方式，将基坑“化整为零”分为远离高架的大基坑及紧邻高架的小基坑。

（2）基坑开挖时采用大、小基坑分别开挖的方式，先进行远离高架的大基坑开挖，后进行靠近高架的小基坑开挖。

（3）大基坑沿开挖深度由上向下分层进行，根据地铁工程长条形基坑的形状特征，施工顺序为沿基坑一端向另一端进行，并尽快形成支撑体系。

（4）邻近高架的小基坑最多不超过2个基坑同时开挖，需待一侧基坑开挖完成后，再进行另一侧基坑的开挖。同侧开挖基坑必须间隔、跳仓，中间留置一基坑作为缓冲区域。可减少同一时间段内同一位置高架两侧土方的卸载量，有效控制对高架的隆起影响。

根据以上开挖原则，需要对邻近3号线高架下的基坑开挖区域通过设置分隔墙的形式划分为小坑、多阶段开挖。因此主体基坑分为东区、中区、西区三个阶段，南侧附属基坑分为F1，F2， F3及F4四个阶段。对于远离3号线高架的主体结构西区和中区基坑以及附属结构的F4基坑，按照以上开挖原则先行开挖。对于位于3号线高架正下方的主体东区以及南侧附属F1，F2和F3基坑，需对基坑分隔墙分区形式及开挖先后顺序进行比对分析，以此确定最优方案。

1.方案一

1）基坑分区

如图3-103所示，将南侧附属基坑区域通过纵向设置分隔墙的方式，将大基坑分为远离主体结构区域基坑的F1（一个小基坑）和靠近主体结构区域基坑的F2，F3。主体结构东区基坑位于3号线高架下相邻两桥墩之间；F1基坑位于3号线高架下相邻两桥墩之间；F2，F3基坑位于F1基坑的两侧，两基坑呈方形布置，面积相当。主体结构区域开挖深度为16.5 m，端头井位置局部加深，基坑开挖深度为19.1m；所有南侧附属结构基坑均为地下一层结构，开挖深度在10 m左右。具体基坑开挖描述如下（基坑开挖深度见表3-51）。

图3-103　方案一基坑分区示意图

表3-51　基坑开挖深度

车站主体基坑围护采用800 mm地下连续墙，下穿轻轨段围护采用钻孔灌注桩+MJS止水帷幕形式。南侧附属结构围护采用钻孔灌注桩围护+止水帷幕形式。非下穿3号线段止水帷幕采用双高压旋喷桩，下穿3号线段止水帷幕采用MJS工法桩，桩长22 m，坑内封堵墙止水帷幕采用φ800＠600双排高压旋喷桩。

车站主体支撑体系为：端头井沿基坑深度方向设五道支撑，标准段沿基坑深度方向设四道支撑，第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，其余支撑均采用钢支撑。

南侧附属（F1， F2， F3基坑）支撑体系为：沿基坑深度方向设二道支撑，第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，其余支撑采用钢支撑。

2）施工顺序

基坑开挖施工顺序为：主体结构东区基坑—附属结构F1区域基坑—附属结构F2，F3区域基坑。

2.方案二

1）基坑分区

如图3-104所示，将南侧附属结构基坑区域通过横向设置分隔墙的方式，将大基坑分为远离主体结构区域基坑的F1（一个大基坑）和靠近主体结构区域基坑的F2， F3。主体结构东区基坑位于3号线高架下相邻两桥墩之间，F1基坑位于3号线高架下相邻两桥墩之间，面积约为1100m2；F2，F3基坑位于F1基坑的两侧，两基坑呈方形布置，面积相当，约为300 m2。主体结构区域开挖深度为16.5 m，端头井位置局部加深，基坑开挖深度为19.1 m；所有南侧附属结构基坑均为地下一层结构，开挖深度在10 m左右。具体基坑开挖描述同方案一，基坑开挖深度见表3-51。

2）施工顺序

基坑开挖施工顺序为：主体结构东区基坑—附属结构F1区域基坑—附属结构F2， F3区域基坑。

3.方案三

1）基坑分区

方案三的南侧附属结构基坑的分区方式同方案二。(www.xing528.com)

2）施工顺序

基坑开挖施工顺序为：主体结构东区基坑—附属结构F2， F3区域基坑—附属结构F1区域基坑。

图3-104　方案二、方案三基坑分区示意图

3.4.2.2　方案对比分析

1.3号线高架承台竖向位移

将以上3种方案的计算结果进行汇总对比分析。本次施工着重考虑对既有3号线高架的保护，故主要考虑3号线高架承台的竖向位移变化。表3-52为基坑开挖完全后3个方案下高架承台上测点B1～B6竖向位移对比，如图3-105—图3-107所示。从表和图中的对比可以看出，方案二的3号线高架承台的最终隆起量最小，表明方案二的基坑分区形式及开挖顺序比方案一和方案三对控制3号线高架承台的竖向变形更加有效。

表3-52　各方案3号线高架承台测点竖向位移对比单位：mm

图3-105　3号线高架承台竖向位移方案对比图（一）

图3-106　3号线高架承台竖向位移方案对比图（二）

图3-107　3号线高架承台竖向位移方案对比图（三）

2.围护结构水平位移

将以上3种方案的计算结果进行汇总对比分析。图3-108和图3-109为3个方案下主体东区基坑围护结构最大水平位移变化对比图。从图中的对比可以看出，在基坑围护结构的纵横两个方向上，3个方案的最大水平位移均相差不大。

图3-108　主体东区基坑围护结构横向最大水平位移方案对比图

图3-109　主体东区基坑围护结构纵向最大水平位移方案对比图

图3-110和图3-111为3个方案下南侧附属基坑围护结构最大水平位移变化对比图。从图中的对比可以看出，在基坑围护结构的纵向这个方向上，方案一的最大水平位移较其他两个方案略小，但总体来看，3个方案的最大水平位移均相差不大。在基坑围护结构的横向这个方向上，方案二的最大水平位移在3个方案中最小，比方案三小约1 mm，比方案一小约5 mm。综合以上对主体东区基坑及南侧附属基坑围护结构水平位移的对比，可以发现采用方案二的分区方式及基坑开挖顺序能较有效地控制基坑围护结构水平位移的发展。

图3-110　南侧附属基坑围护结构纵向最大水平位移方案对比图

图3-111　南侧附属基坑围护结构横向最大水平位移方案对比图