承压水层基坑开挖对紧邻既有车站的影响研究_王松.pdf

收稿日期：2022-11-21作者简介：王松，男，高级工程师，学士，主要从事市政工程施工和技术管理工作。通讯作者：黄明利，男，教授，博士，主要研究方向为隧道与地下工程。引文格式：王松，杨建辉，黄明利.承压水层基坑开挖对紧邻既有车站的影响研究 J.市政技术，2023，41（3）：87-93，100.（WANG S，YANGJ H，HUANG M L.Study on the influence of foundation pit excavation in confined water on adjacent existing station J.Journal of mu-nicipal technology，2023，41（3）：87-93，100.）文章编号：1009-7767（2023）03-0087-08第41卷第3期2023年3月Vol.41，No.3Mar.2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.03.087Journal of Municipal Technology承压水层基坑开挖对紧邻既有车站的影响研究王松1，杨建辉1，黄明利2*（1.北京市政集团建设有限责任公司 第一工程处，北京 100176；2.北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044）摘要：结合北京市地铁 17 号线新建次渠站工程，从北京地区地下承压水的分布情况出发，采取文献调研、理论分析、数值模拟和现场实测等手段，对多层承压水地层新建车站施工引起邻近既有车站的变形进行了研究。基于现场实测数据分析了既有车站的变形，并建立了邻近既有车站基坑开挖仿真模型，分析了承压水地层基坑开挖对既有车站的变形影响。采用控制变量的方法分析了基坑开挖和承压水引起既有车站上浮的原因，总结了既有车站上浮超限的原因，并将数值模拟数据与实测数据进行了对比分析，验证了数值模拟数据的准确性。研究表明：既有车站的存在改变了土体变形，明显“阻碍”了基坑开挖后中部土体的应力传递，使中部土体变形滞后于两侧土体；多层承压水的存在是既有车站严重上浮的主要原因。关键词：既有地铁车站；多层承压水；深大基坑；变形规律；数值模拟中图分类号：TU 753；U 231.4文献标志码：AStudy on the Influence of Foundation Pit Excavation in Confined Water onAdjacent Existing StationWang Song1，Yang Jianhui1，Huang Mingli2*（1.First Department of Engineering，Beijing Municipal Construction Group Co.，Ltd.，Beijing 100176，China；2.School of Civil Engineering&Architecture，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China）Abstract：Based on Ciqu Zhan of Beijing Subway Line17，according to the distribution of underground pressure water，the deformations of adjacent existing stations caused by the construction of new station in multi-layer confined waterstrata were studied by means of literature research，theoretical analysis，numerical simulation and field testing.Based on the field measured data，the deformation of the existing station was analyzed.A simulation model was es-tablished for foundation pit exploration of the adjacent existing station to analyze the influence of foundation pit ex-cavation.The control variable method is used to analyze the floating of existing stations caused by foundation pit ex-cavation and pressurized water.The reasons for the overrun of the existing stations are summarized in this thesis.Thenumerical simulation calculation results are compared with monitoring data on-site to verift the accuracy.The studyshows that the existing station has changed the soil deformation.It obviously hinders the stress transmission of themiddle soil body after the foundation pit excavation，which makes the soil body in the middle behind the soil bodyon both sides；Multi-layer confined water is the main reason for the serious floating of existing station.Key words：existing subway station；multi-layer confined water；deep and large foundation pit；deformation law；numerical simulationJournal of Municipal Technology第41卷近些年来，随着我国社会经济的不断发展，城市化进程日益加快，伴随而来的城市交通拥堵、人口数量激增等“大城市病”问题也越来越严重。轨道交通因其运量大、速度快、耗能少、安全性高已成为城市公共交通的主动脉。截至2021年12月31日，中国内地共有51个城市开通运营城市轨道交通线路269条，运营里程8708km，其中北京市地铁运营线路共有27条（含2条现代有轨电车），运营里程783km，车站459座（换乘站72座）。根据北京市城市轨道交通远期规划，至2030年，北京市地铁线网将由35条地铁线路组成，运营总里程达1 524 km。随着城市轨道交通线网的日益密集，目前地铁车站基坑不断向“大、紧、近、深”的方向发展，且在修建过程中出现许多近接工程，如新建车站紧邻既有车站、新建车站下穿既有车站等。在地铁基坑施工中，除面临对邻近既有结构的影响外，地下水的存在也加大了基坑施工风险。当基坑处于承压水地层时，由于开挖卸荷可能导致基底突涌、坑侧渗漏，减压降水时又会引起地表大面积沉降，给基坑的开挖增加了难度。尽管国内外学者1-11从基坑开挖地表变形规律、基坑施工变形预测、基坑开挖对既有结构的影响、工程保护措施和基坑降水渗流引起地表沉降的机理等方面对基坑工程进行了大量研究，并取得许多宝贵的研究成果，但对于基坑开挖引起周边地层和邻近结构变形的研究多以沉降为主，针对承压水地层基坑开挖引起围护结构和邻近既有结构上浮的研究较少，相关工程案例也较少。因此，笔者基于现场实测数据分析既有车站的变形，并建立邻近既有车站基坑开挖的数值模型，分析承压水地层基坑开挖对既有车站的变形影响，采用控制变量的方法分析基坑开挖和承压水变化引起既有车站的上浮，总结既有车站上浮超限的原因。1依托工程概况1.1工程简介北京市地铁17号线新建次渠站位于北京市通州区次桂路和东渠路交汇处北侧，与既有亦庄线次渠站十字交叉换乘。该车站分为明挖段和暗挖段两部分，明挖段位于既有次渠站南北两侧，暗挖段为车站中部，零距离下穿既有次渠站。新建次渠站为岛式车站，两端明挖为地下3层箱型框架结构，中部下穿既有线处为平顶直墙暗挖施工。该车站总长415 m，标准段宽23.1 m，结构净高22 m，车站中心线里程处底板埋深25 m，轨顶绝对标高1.963 m。既有车站分为2个单独基坑，总长度286.1m，邻近既有车站局部扩大端基坑深25.85m、宽30 m，地下连续墙嵌固深度13.8 m，插入隔水层。明挖段横断面图如图1所示。1.2工程地质与水文地质条件次渠站所处地层主要为第四纪全冲洪积层，20世纪70年代该处为苇塘，地下水丰富。工程所处地层划分为：人工填土层（Qml），主要为杂填土和素填土，以黏质粉土和砂质粉土为主；第四纪全新世冲洪积层（Q4al+pl），主要为粉质黏土和砂质粉土，土质不均，局部夹薄层黏质粉土；第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl），主要为饱和粉细砂土，土质不均，局部含粉细砂土薄层。根据新建次渠站所处地层物理力学性质将该处地层分为9个大层。次渠站主要受潜水-承压水、承压水的影响，地下水位位于车站结构底板以上，且水位埋深较浅。根据埋藏深度和地下水动态变化特征，可将其划分为上层滞水、潜水、层间潜水-承压水和承压水。2基坑开挖对紧邻既有车站的影响对于承压水基坑，目前仅能通过坑底抗突涌情况来评价基坑的稳定性，而关于承压水引起结构上浮问题的研究则较少。故笔者依托新建次渠站工程，结合现场实测数据，采用数值模拟的方法分析承压水地层基坑开挖对邻近既有车站的影响。图1新建次渠站主体结构横断面图Fig.1 Cross-sectional diagram of enclosure structure of new Ciqustation88第3期注：E0为变形模量；Es为压缩模量；E50ref为三轴试验割线刚度；Eurref为卸载弹性模量；为换算系数，=1-2v21-v（v为泊松比）；Eoedref为主压密加载试验切线刚度。区域E0E50refEoedrefEurref北京上海天津EsEsEsEs（0.91.0）Es（1.52.0）Es（0.51.0）E50ref（0.71.2）E50ref（1.01.5）E50ref（24）E50ref（49）E50ref5E50ref表2修正摩尔-库伦模型参数经验取值表Tab.2 Parameter empirical values of Modified Mohr-Coulomb model表3岩土力学参数表Tab.3 Geotechnical mechanics parameter table土层名称本构模型E50ref/MPaEoedref/MPaEurref/MPa杂填土砂质粉土粉细砂粉质黏土细沙粉质黏土修正M-C修正M-C修正M-C修正M-C修正M-C修正M-C311271322153112713221593381396645表4支护结构力学参数表Tab.4 Mechanical parameters of supporting structures构件名称本构模型弹性模量/MPa重度/（kN/m3）泊松比地下连续墙冠梁混凝土支撑钢支撑立柱腰梁弹性弹性弹性弹性弹性弹性24 00024 00024 000212 000212 00024 00025.025.025.078.578.525.00.1670.1670.1670.3100.3100.1672.1基坑开挖对既有车站影响数值模拟分析2.1.1模型的建立根据次渠站工程概况建立相应的数值模型。模型中包含既有车站和南北两侧基坑。模型尺寸为：长60