基坑施工對(duì)正下方既有地鐵隧道的影響分析

劉金燕

摘要：隨著城市地鐵線網(wǎng)密度的增加，線路的交叉變的日益頻繁。本文以南京地鐵機(jī)場(chǎng)線南京南站為例，分析了基坑開(kāi)挖對(duì)正下方既有地鐵隧道的影響，并根據(jù)分析結(jié)果提出了相應(yīng)的保護(hù)措施，以期作為其他工程的參考。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；基坑開(kāi)挖；有限元

1.工程概況

機(jī)場(chǎng)線南京南站通過(guò)通道與地鐵1號(hào)線、3號(hào)線換乘，車站位于站北路北側(cè)，沿站北路設(shè)置，為四柱五跨地下兩層（局部三層）站。車站全長(zhǎng)252.4m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度47.5m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約14.3～15.6m，車站采用蓋挖逆作法施工。車站南側(cè)主要為地鐵1號(hào)線、3號(hào)線地鐵南京南站，1、3號(hào)線南京南站與機(jī)場(chǎng)線南京南站垂直，1號(hào)線地鐵隧道位于機(jī)場(chǎng)線南京南站的正下方。要保護(hù)的1號(hào)線地鐵隧道同機(jī)場(chǎng)線車站的空間關(guān)系如下圖所示。

圖1 1號(hào)線區(qū)間和車站的位置關(guān)系圖

2.地質(zhì)條件

場(chǎng)地土層自上而下依次為：

1-1，雜填土層，松散，雜色、灰黃色，灰褐色，稍濕，結(jié)構(gòu)松散，組要由粉質(zhì)粘土混較多的磚、石等建筑垃圾組成，成份復(fù)雜，層厚約2.2米；

1-2，素填土層，松散，灰黃～灰色，稍濕～濕，軟～可塑狀粉質(zhì)粘土組成，局部可見(jiàn)植物根莖，夾有少量碎石。層厚0.5～4.5米；

2-1b2-3，粉質(zhì)粘土，可塑，灰黃色、灰綠色，飽和，可塑，局部軟塑，中壓縮性，無(wú)搖振反應(yīng)，切面較光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等偏低，局部粉粒含量較高。層厚0.5～4.5米；

3-1b1-2，粉質(zhì)粘土，可塑～硬塑，黃褐色、灰黃色，飽和，可-硬塑，中壓縮性，無(wú)搖振反應(yīng)，切面較光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等。夾有少量鐵錳結(jié)核，含次生粘土團(tuán)塊。層厚0.8～9.1米。

K1g-2，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，砂土狀，棕紅色、紫紅色，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石結(jié)構(gòu)完全破壞，巖芯呈砂土狀，手捏易碎，水沖即散。層厚1.3～5.3米；

K1g-3，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，完整塊狀，棕紅色、紫紅色，中等風(fēng)化，裂隙較發(fā)育，巖芯呈短柱～中柱狀，遇水易軟化。未鉆穿。

土層的物理力學(xué)參數(shù)如下表所示：

土層物理力學(xué)參數(shù)表

層號(hào) 重度 建議強(qiáng)度指標(biāo) 泊松

比 基床系數(shù) 側(cè)壓力系數(shù) 滲透系數(shù) 單抽抗壓強(qiáng)度

γ Cc Φc 水平 垂直 KO kh kV MPa

kN/m3 kPa 度 MPa/m MPa/m x10-6cm/s

①-2b2-3 18.5 10 12 200 150

②-1b2-3 19.4 30 14.0 0.32 21.0 19.0 0.44 5.0 3.0

③-1b1-2 19.9 50.0 15.0 0.29 47.6 44.3 0.40 1.58 0.98

K1g-2 21.0 40.0 35.0 0.20 75.0 80.0 0.3 10 5

K1g-3 24.0 500 46.0 0.15 400 0.25 2.97

3.地鐵保護(hù)控制標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)可以參照的隧道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)有《上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定》和深圳市地鐵公司頒布的《城市軌道交通安全保護(hù)區(qū)施工管理辦法（暫行）》。根據(jù)上述規(guī)定，地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）地鐵的區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的豎向和水平最大位移均不得超過(guò)20mm；

2）隧道變形曲線的曲率半徑不小于15000m；

3）相對(duì)曲率不大于1/2500；

4.車站基坑開(kāi)挖對(duì)1號(hào)線隧道的影響分析

本文建立三維模型分析基坑開(kāi)挖對(duì)1號(hào)線隧道的影響。土體采用庫(kù)倫-摩爾模型，參數(shù)按照實(shí)際參數(shù)取值，圍護(hù)樁按照剛度等效原則簡(jiǎn)化成連續(xù)墻；第一道支撐和第二道支撐為車站的頂板及中板，連續(xù)墻、板撐及隧道結(jié)構(gòu)均采用彈性殼單元來(lái)模擬，土體采用實(shí)體單元。

計(jì)算過(guò)程主要分為四個(gè)步驟：

（1）進(jìn)行地應(yīng)力平衡，使其在初始地應(yīng)力下初始位移為零。

（2）模擬第一道支撐以上土體開(kāi)挖。

（3）模擬第一道支撐與第二道支撐之間土體開(kāi)挖。

（4）模擬第二道支撐與基底土體開(kāi)挖。

計(jì)算模型及結(jié)果如下所示：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移為2.91mm，1號(hào)線區(qū)間的上浮量為1.35mm，區(qū)間縱向位移0.55mm。車站基坑的開(kāi)挖對(duì)1號(hào)線區(qū)間

是有影響的，但是影響不大，尚在可以接受的范圍之內(nèi)。但是由于地下工程學(xué)科的不成熟性，在參考計(jì)算結(jié)果的同時(shí)尚應(yīng)在施工方面采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

（1）加強(qiáng)對(duì)一號(hào)線區(qū)間的監(jiān)測(cè)工作：監(jiān)測(cè)是施工效果的直接反映，是地鐵盾構(gòu)施工中對(duì)重要建筑物進(jìn)行保護(hù)的重要手段。及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程中存在的問(wèn)題，為采取有效的防范措施提供基礎(chǔ)信息，指導(dǎo)施工安全順利進(jìn)行。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：①垂直沉降；②水平位移；③軌道左右兩側(cè)高。預(yù)警值各變形允許最大值的90%。

（2）采取合適的開(kāi)挖方式：不得進(jìn)行放炮開(kāi)挖，要對(duì)稱開(kāi)挖，盡量采用小型開(kāi)挖機(jī)械。及時(shí)排走基坑內(nèi)的明水，防止地下水浸泡開(kāi)挖面。

（3）盡快封閉底板：基坑開(kāi)挖到坑底標(biāo)高后盡快施工底板，做到早封閉，減小基坑坑底的暴露時(shí)間。

（4）分段開(kāi)挖，分段封閉：車站的寬度將近50米，在開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)禁大鍋底開(kāi)挖，分段開(kāi)挖，每段開(kāi)挖完成后要及時(shí)施做底板，及時(shí)封閉。

現(xiàn)該車站已施工完成并投入使用，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)1號(hào)線區(qū)間的最大上移量約為2.2mm，自始至終正常運(yùn)營(yíng)。

5.結(jié)束語(yǔ)：

本文通過(guò)建立三維有限元模型，分析了基坑開(kāi)挖對(duì)其正下方既有隧道的影響。同時(shí)結(jié)合車站的施工情況，得出了以下結(jié)論：

（1）在隧道正上方開(kāi)挖基坑會(huì)對(duì)隧道產(chǎn)生影響，會(huì)引起隧道的上移，，需將隧道上移量控制在允許的范圍之內(nèi)。

（2）考慮到地下工程的學(xué)科特性，在參考計(jì)算結(jié)果的同時(shí)，尚應(yīng)在施工中采取合理的措施，這點(diǎn)尤其重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]麥家兒 基坑施工對(duì)鄰近地鐵車站和區(qū)間隧道的影響分析 城市軌道交通研究[J]，2012（6）100～104；

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