朱 峰

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

由于城市環(huán)境復(fù)雜，新建地鐵項(xiàng)目面臨的建設(shè)難度越來越大，例如近接既有建構(gòu)筑物等。如果對(duì)工程采取的措施不到位，將會(huì)對(duì)既有結(jié)構(gòu)的正常使用產(chǎn)生影響，甚至造成嚴(yán)重破壞。針對(duì)沈陽地鐵九號(hào)線工程奧體中線站及奧-奧區(qū)間臨近既有地鐵二號(hào)線奧體中心站施工，采用有限元方法建立模型進(jìn)行全過程模擬，對(duì)工程方案進(jìn)行分析。

1 工程概況

奧體中心站是沈陽地鐵九號(hào)線與二號(hào)線的一個(gè)換乘站，其中九號(hào)線車站部分位于青年南大街下，東西兩端均位于綠化用地范圍內(nèi)，大致呈東西向布置。奧體中心站為14m島式站臺(tái)車站，車站總長(zhǎng)150m，兩端為明挖三層，中間跨路段為暗挖三層。地鐵九號(hào)線奧體中心站～奧體東站下穿既有二號(hào)線奧體中心站后，沿渾南四路走向，至奧體東站，在奧體東站前設(shè)置單渡線。該區(qū)間全部采用礦山法施工。

2 工程風(fēng)險(xiǎn)

新建地鐵結(jié)構(gòu)共有三個(gè)地方對(duì)既有車站產(chǎn)生影響：

(1)奧-奧區(qū)間雙線下穿二號(hào)線奧體中心站施工；

(2)九號(hào)線奧體中心站東側(cè)基坑近接二號(hào)線奧體中心站施工；

(3)九號(hào)線奧體中心站附屬結(jié)構(gòu)基坑近接二號(hào)線奧體中心站施工。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)地鐵2號(hào)線奧體中心站

奧體中心站為島式站臺(tái)車站，有效站臺(tái)寬度12m，車站主體結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)163.8m。車站為兩層三跨的箱型框架結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.5m，結(jié)構(gòu)頂板覆土厚度約3.5m，底板埋深約16.90m。結(jié)構(gòu)各層板及梁、外側(cè)墻為C30防水混凝土。主體結(jié)構(gòu)柱為C50混凝土。

(2)地鐵9號(hào)線奧體中心站東側(cè)基坑

奧體中心站九號(hào)線為三層站，二號(hào)線為二層站。車站采用兩端明挖三層，中間暗挖三層的結(jié)構(gòu)形式。東側(cè)基坑深約25m，寬約28.5m，采用鉆孔灌注樁加鋼支撐的支護(hù)形式。東端明挖基坑臨近既有站，結(jié)構(gòu)間最小距離約2.65m，最大距離6.78m。

(3)地鐵9號(hào)線奧體中心站換乘廳基坑

換乘廳采用明挖法施做，采用圍護(hù)樁+內(nèi)支撐圍護(hù)體系，基坑深約25m。

(4)地鐵奧-奧區(qū)間下穿車站段

初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，厚度350mm，格柵間距0.5m，隧道施工時(shí)對(duì)開挖范圍周邊2m土體進(jìn)行深孔注漿加固；二次襯砌采用C40鋼筋混凝土，頂、底板厚度800mm，側(cè)墻厚度700mm。

4 地質(zhì)勘察情況

根據(jù)鉆探揭露，按照其沉積年代、成因類型及巖性，此范圍內(nèi)自上而下的地層為：雜填土①-1、粉質(zhì)粘土③-1-32、礫砂③-8-3、圓礫③-9-3、礫砂④-8-4、圓礫④-9-4等。其中③-1-32粉質(zhì)黏土呈可塑狀態(tài)，分布基本連續(xù)，性質(zhì)穩(wěn)定；③-8-3礫砂、③-9-3圓礫、礫砂④-8-4、圓礫④-9-4基本呈帶狀連續(xù)分布，交錯(cuò)沉積，均勻性較好。各地層參數(shù)如表1所示。

表1 巖土層力學(xué)參數(shù)表

勘察期間，本工點(diǎn)各勘察點(diǎn)在勘察深度內(nèi)均遇見地下水，水溫11.5℃，地下水類型為第四系孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深在13.0～15.2m。

5 施工方法

(1)地鐵九號(hào)線奧體中心站東側(cè)基坑及換乘廳基坑

奧體中心站主體結(jié)構(gòu)為方形基坑，開挖時(shí)充分考慮時(shí)空效應(yīng)，待圍護(hù)結(jié)構(gòu)封閉，基坑內(nèi)水位降低至基坑底面以下1m后，以“先中間后四角、對(duì)稱開挖、不超挖、及時(shí)支撐、噴錨迅速”為原則開始后及時(shí)架設(shè)腰梁及鋼支撐并進(jìn)行噴混封閉。

(2)地鐵奧-奧區(qū)間下穿車站段

區(qū)間開挖采用CD工法，分左右2側(cè)共4塊開挖，每側(cè)采用上下臺(tái)階法施工，臺(tái)階長(zhǎng)度為1倍開挖寬度；左右兩側(cè)洞室縱向拉開不小于10m以上間距。二襯澆注時(shí)，拆撐長(zhǎng)度不得大于4m，增設(shè)臨時(shí)支撐。開挖前采用全斷面深孔注漿加固，加固掌子面前方16m范圍內(nèi)的地層。區(qū)間隧道開挖時(shí)，沿縱向每1.5m設(shè)置一排千斤頂,每一個(gè)千斤頂斷面設(shè)置一臺(tái)移動(dòng)液壓泵站。初支貫通后，立即施做二襯。千斤頂鎖死，保證千斤頂在二襯達(dá)到強(qiáng)度前始終發(fā)揮作用。區(qū)間下穿車站段施工工序如圖2～圖6所示。

6 模擬及分析

6.1 計(jì)算模型

采用Midas GTS軟件建立地層結(jié)構(gòu)模型，對(duì)基坑開挖及區(qū)間下穿既有地鐵車站施工過程進(jìn)行模擬，建立1∶1有限元模型，模型尺寸為89m×86m×35m。模型中各地層及結(jié)構(gòu)材料參數(shù)按地勘提供資料選取。

6.2 計(jì)算假定

(1)采用彈塑性計(jì)算模型；

(2)采用均一地層，巖土體的變形是各向同性的；

(3)初始地應(yīng)力的計(jì)算只考慮初始自重應(yīng)力，未考慮構(gòu)造應(yīng)力；

(4)隧道開挖后土體應(yīng)力瞬間釋放；

(5)隧道的受力和變形是平面應(yīng)變問題。

6.3 模擬說明

模型尺寸為89m×86m×35m，包含二號(hào)線奧體中心站主體結(jié)構(gòu)6～16軸部分、1號(hào)出入口、變電所、奧-奧區(qū)間、九號(hào)線奧體中心站東側(cè)基坑及附屬結(jié)構(gòu)基坑。各巖土層均采用彈塑性模型，三維實(shí)體單元，屈服準(zhǔn)則采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則；區(qū)間初期支護(hù)及基坑圍護(hù)樁采用彈性模型，實(shí)體單元；區(qū)間二襯、九號(hào)線奧體中心站及換乘廳結(jié)構(gòu)、二號(hào)線奧體中心站及附屬結(jié)構(gòu)、臨時(shí)支撐等采用彈性模型，板單元；梁、柱等結(jié)構(gòu)采用彈性模型，線單元。模型側(cè)面邊界水平位移受到約束，底面邊界豎向位移受到約束。模型共計(jì)89046個(gè)單元。

7 計(jì)算結(jié)果分析

(1)施工過程車站沉降

二號(hào)線奧體中心站隨施工各階段沉降情況如表2所示。

表2 各階段沉降量統(tǒng)計(jì)表

二號(hào)線奧體中心車站最大沉降量為2.43mm。

(2)結(jié)構(gòu)變形分析

三維計(jì)算模型中根據(jù)計(jì)算需要建立二號(hào)線奧體中心站的部分區(qū)域。模型中建立的區(qū)域如圖13所示。

區(qū)間下穿車站段下穿11～14軸的立柱。選取第11、13軸立柱繪制沉降時(shí)程曲線如圖14、圖15。

隨著區(qū)間隧道施工，各軸立柱逐漸產(chǎn)生沉降，第11軸、第13軸各階段沉降量如表2。

區(qū)間下穿車站開挖及初期支護(hù)的施工對(duì)各軸立柱產(chǎn)生的影響最為顯著，該階段沉降量均超過總沉降量的50%；拆除臨時(shí)支撐及施作二襯階段也會(huì)導(dǎo)致各軸立柱產(chǎn)生沉降，該階段沉降量均超過總沉降量的20%；車站東側(cè)基坑及換乘廳基坑施工階段對(duì)各軸立柱影響相對(duì)較小。

表2 各階段沉降量統(tǒng)計(jì)表(單位：mm)

二號(hào)線奧體中心站縱向C軸最終沉降情況如圖16所示。

二號(hào)線奧體中心站沉降量相對(duì)較大的區(qū)域主要集中在區(qū)間下穿車站區(qū)域(即10～15軸區(qū)域)，區(qū)間下穿車站施工對(duì)二號(hào)線奧體中心站影響明顯。

8 結(jié)語

(1)二號(hào)線奧體中心站結(jié)構(gòu)最大沉降為2.43mm，結(jié)構(gòu)受奧-奧區(qū)間施工影響明顯，東側(cè)基坑及換乘廳基坑施工對(duì)二號(hào)線奧體中心站結(jié)構(gòu)沉降影響相對(duì)較小。主體結(jié)構(gòu)最終水平位移在-0.4～0.1mm之間，結(jié)構(gòu)水平位移相對(duì)較小。

(2)區(qū)間下穿車站開挖及初期支護(hù)的施工對(duì)各軸立柱產(chǎn)生的影響最為顯著，該階段沉降量均超過總沉降量的50%；拆除臨時(shí)支撐及施作二襯階段也會(huì)導(dǎo)致各軸立柱產(chǎn)生沉降，該階段沉降量均超過總沉降量的20%，二號(hào)線奧體中心站沉降量相對(duì)較大的區(qū)域主要集中在區(qū)間下穿車站區(qū)域(即10～15軸區(qū)域)，此階段為工程重點(diǎn)控制階段。

(3)目前沈陽地鐵九號(hào)線奧體中心站及奧-奧區(qū)間已順利完成施工并正常運(yùn)營，施工期間沈陽地鐵二號(hào)線奧體中心站正常運(yùn)營。對(duì)下穿既有車站施工的區(qū)間采用分塊施工，及時(shí)頂撐的方式能夠有效控制既有車站沉降。