淺談運(yùn)營地鐵車站保護(hù)的“抗”與“放”設(shè)計思想

1、淺談運(yùn)營地鐵車站保護(hù)的“抗”與“放”設(shè)計思想摘要:本文研究了鄰近地鐵車站基坑施工中,采用“抗”與“放”的設(shè)計思想對鄰近運(yùn)營地鐵車站進(jìn)行保護(hù),并對比研究了這兩種設(shè)計思想的成效,說明了按照“抗”與“放”的原則進(jìn)行施工,新老車站變形狀況差別很大。新老車站橫向變形相互影響,適當(dāng)放寬新車站的橫向變形,在一定程度上可以阻止老車站結(jié)構(gòu)的橫向變形的。但是,施工中挖土支撐參數(shù)如果“放”而無度,則會適得其反,不僅新建車站變形過大,另外老車站結(jié)構(gòu)也將出現(xiàn)過大的反向變形。關(guān)鍵詞:深基坑變形地鐵車站1 工程概況 上海地鐵M8線人民廣場站(簡稱新車站)是人民廣場樞紐的重要組成部分。本車站為地下二層三柱四跨島式車站,外包長

2、度329.5m,標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)凈寬26.48m,端頭井深15m,標(biāo)準(zhǔn)段深13.2m。車站主體緊貼1號線人民廣場站(簡稱老車站)布置,與地鐵1號線之間采取同站廳平行換乘。車站主體平行于地鐵1號線人民廣場站,并與1號線共用一堵地下連續(xù)墻。車站北端頭井靠近新世界商場,南端頭井靠近人民大道路邊。西藏中路東側(cè)有保護(hù)性建筑沐恩堂、來福士廣場、世貿(mào)國際廣場。周邊交通繁忙、重要管線眾多,施工場地狹小。圖1、圖2是8號線人民廣場站基坑與1號線地鐵車站基坑的平面示意圖和立面相對位置圖。 擬建場地地基土在基坑開挖深度影響范圍內(nèi),主要以飽和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土為主,但局部夾有薄層粉細(xì)砂及貝殼碎屑,第3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土

3、中夾薄層砂質(zhì)粉土。各土層的土性描述與特征詳見表1。2 “抗”與“放”的設(shè)計思路 緊貼運(yùn)營地鐵車站深基坑工程施工,是新老車站結(jié)構(gòu)作為一個統(tǒng)一系統(tǒng)整體工作、相互影響的過程。其一,基坑開挖,在水平向支撐施加之前,新建車站擋墻和老車站結(jié)構(gòu)側(cè)向卸荷,在自身水平向荷載差的作用下兩者均產(chǎn)生傾向坑內(nèi)的變形。其二,支撐施加結(jié)束的后續(xù)施工中,新老車站結(jié)構(gòu)變形通過橫向支撐或者逆作法施工的樓板而互相影響。尤其當(dāng)新車站擋墻外側(cè)超載大于老車站結(jié)構(gòu)外側(cè)的超載水平時,整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在水平差異荷載情況下,新車站結(jié)構(gòu)水平向位移通過橫向聯(lián)系構(gòu)件對老車站結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)的水平向傾斜產(chǎn)生抑制,老車站結(jié)構(gòu)在局部地方甚至?xí)l(fā)生背離基坑方向的位移,

4、這在實(shí)際工程的老車站結(jié)構(gòu)變形實(shí)測數(shù)據(jù)中得到體現(xiàn),如圖3所示。 由此,對緊貼運(yùn)營車站進(jìn)行深基坑施工的設(shè)計,其實(shí)是新老車站變形控制的一體化設(shè)計的過程。基坑施工時,對運(yùn)營車站的保護(hù)設(shè)計,可以從“抗”與“放”的兩個截然不同的角度進(jìn)行考慮13。施工中可充分利用新老車站結(jié)構(gòu)之間的變形協(xié)調(diào),達(dá)到有效地保護(hù)運(yùn)營車站的目的。 所謂“抗”的設(shè)計思路:是指盡量控制新老車站結(jié)構(gòu)位移,即施工中采取各種可能手段和措施,盡量維持新老車站各自的受力平衡狀態(tài)、保證新老車站結(jié)構(gòu)變形很小甚至不動,那么施工對運(yùn)營車站結(jié)構(gòu)影響很小。比如,采取逆作法施工、加強(qiáng)地基加固量、設(shè)置分隔墻、挖土支撐嚴(yán)格遵循時空效應(yīng)進(jìn)行等?！翱埂钡脑O(shè)計是以嚴(yán)格的

5、施工技術(shù)措施和一定的經(jīng)濟(jì)投入為前提。1 所謂“放”的設(shè)計思路:是指有限度的允許新老車站的位移,即施工中充分利用新老車站結(jié)構(gòu)變形的相互影響,利用彼一方的變形作為另一方變形的抗力和約束。例如,在新建基坑側(cè)向荷載大于老車站結(jié)構(gòu)側(cè)水平方向荷載情況下,在滿足周圍環(huán)境和結(jié)構(gòu)本身變形要求時,可以通過調(diào)整加固、挖土、支撐等施工參數(shù),適當(dāng)放寬新建車站擋墻的變形,此變形通過橫向支撐作用在老車站結(jié)構(gòu)上,達(dá)到抑制老車站結(jié)構(gòu)橫向變形的目的?！胺拧钡脑O(shè)計必須滿足兩個原則:第一,滿足基坑變形和周圍環(huán)境變形要求;第二,必須保證有足夠的橫向支撐剛度?！胺拧钡脑O(shè)計,是一個與施工密切結(jié)合的動態(tài)設(shè)計過程。施工中,必須根據(jù)基坑實(shí)際變形

6、情況和施工現(xiàn)狀,合理調(diào)整施工參數(shù)。掌握好“放”的度,可以做到節(jié)省工程投資。3 “抗”與“放”的設(shè)計方案 以M8線人民廣場站基坑38軸施工為例,分析不同設(shè)計方案和施工參數(shù)下,新老車站變形狀況。圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐和樓板等設(shè)計參數(shù)見表2。 方案一(按“抗”的原則設(shè)計):坑內(nèi)地基滿堂加固;逆作法施工,挖土支撐按設(shè)計要求,分6層,分層厚度、開挖寬度和暴露時間以及新老車站的變形狀況如表3所示。設(shè)計中可以取運(yùn)營車站結(jié)構(gòu)為模型進(jìn)行有限元,并借鑒考慮時空效應(yīng)的平面二維桿系有限元設(shè)計思想,被動區(qū)用彈簧單元進(jìn)行模擬,其勁度系數(shù)為考慮施工的時間和空間效應(yīng)進(jìn)行修正后的等效水平基床系數(shù)4。等效水平基床計算公式見公式(1)、(

7、2)。對于非地基加固部分:注:(1)方案一和二都采用逆作法;(2)方案二地基加固:遠(yuǎn)離運(yùn)營車站側(cè)寬5.0m;靠運(yùn)營車站側(cè)寬8m;厚度為坑底下3m。 方案二(實(shí)際施工狀態(tài),即按“放”的原則設(shè)計):坑內(nèi)地基加固參數(shù)、挖土支撐等施工參數(shù)采用實(shí)際施工時所發(fā)生的參數(shù)(見表3)。老車站變形為實(shí)測數(shù)據(jù)。4 “抗”與“放”的影響效果比較 為使方案一與方案二具有可比性,本文取新車站地墻和老車站地墻的兩個典型剖面分別進(jìn)行計算,并與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。 “抗”與“放”的影響效果比較見圖4、圖5所示。由圖4、圖5可知,按照“抗”與“放”的原則進(jìn)行施工,新老車站變形狀況差別很大。同時得出如下結(jié)論: (1)按照方案一施工,

8、新車站結(jié)構(gòu)變形值為11.4mm,滿足基坑一級保護(hù)要求(1.413.2=18.5mm)1;老車站地墻產(chǎn)生向坑內(nèi)的變形,最大值為2.28mm。而實(shí)際施工過程中(方案二),由于施工參數(shù)(挖土厚度、寬度、放置時間等)沒有嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行,新車站地墻最大變形達(dá)到了42.4m,超出了一級保護(hù)變形要求;同時老車站站臺層地墻產(chǎn)生了反向變形(背離開挖基坑方向),變形最大值達(dá)到了3. 1mm。由此可知,新老車站橫向變形相互影響,適當(dāng)放寬新車站的橫向變形,在一定程度上可以阻止老車站結(jié)構(gòu)的橫向變形的。同時,由方案二可知,施工中挖土支撐參數(shù)如果“放”而無度,則會適得其反,不僅新建車站變形過大,另外老車站結(jié)構(gòu)也將出現(xiàn)

9、過大的反向變形。(2)被動區(qū)地基加固的主要目的一般來說是為了增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平向抵抗變形的能力,但從方案二變形結(jié)果可知,如果進(jìn)行合理組織施工,則可以適當(dāng)增大新建車站變形,使其抵制老車站結(jié)構(gòu)橫向變形。從此角度出發(fā),地基加固設(shè)計可以進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)然,坑內(nèi)地基加固對坑底抗隆起也起到很大的作用?？拥淄馏w隆起將引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的豎向位移。所以,地基加固的設(shè)計優(yōu)化,還必須綜合考慮加固參數(shù)對老車站結(jié)構(gòu)橫向和豎向變形的影響,進(jìn)行比較分析。5 結(jié)語 基坑施工中,新老車站變形相互影響。新老車站變形控制也是一個一體化控制、系統(tǒng)控制的過程。根據(jù)不同設(shè)計目標(biāo),可以采用“抗與放”的設(shè)計思路,達(dá)到保護(hù)運(yùn)營車站的目的。兩種設(shè)計思路出發(fā)點(diǎn)不同,投入的價值也不相同。按照“抗”與“放”的原則進(jìn)行施工,適當(dāng)放寬新車站的橫向變形,在一定程度上可以阻止老車站結(jié)構(gòu)的橫向變形的發(fā)展。但是,施工中挖土支撐參數(shù)如果“放”而無度,則會適得其反,不僅新建車站變形過大,另外老車站結(jié)構(gòu)也將出現(xiàn)過大的反向變形。另外,地基加固的設(shè)計優(yōu)化,還必須綜合考慮加固參數(shù)對老車站結(jié)構(gòu)橫向