深大基坑施工對(duì)鄰近地鐵隧道影響分析及處理措施

摘 要：隨著我國(guó)城市化的進(jìn)一步深入，城市人口不斷增加，因此擴(kuò)大城市的可利用空間變得尤為重要。本文以廣州一號(hào)線鄰近匯金國(guó)際商業(yè)大廈項(xiàng)目深基坑施工為背景，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。基于此，提出了深基坑施工過程中需注意的事項(xiàng)，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：深基坑施工；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；數(shù)值模擬

隨著城市的高速發(fā)展，土地成為極其寶貴的資源，現(xiàn)階段，地鐵工程和深基坑工程大量開展，在深基坑附近出現(xiàn)了地鐵隧道，而地鐵隧道的變形和沉降是非常嚴(yán)格的，因此，如何對(duì)深基坑附近的地鐵隧道進(jìn)行保護(hù)成為一個(gè)新的工程難題。

由于在基坑開挖時(shí)，基坑開挖一定范圍內(nèi)會(huì)引起地面沉降，與此同時(shí)，地鐵位于土體中，基坑開挖勢(shì)必會(huì)引起地鐵隧道發(fā)生位移、附加應(yīng)力和彎矩，因此，如何對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)成為在基坑開挖過程中必須需要思考的一個(gè)難題。北京金融信息大廈基坑開挖深度達(dá)15m，位于基坑地鐵1號(hào)線隧道北側(cè)，基坑之間的距離只有5m。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，當(dāng)基坑距離地鐵隧道結(jié)構(gòu)距離小于50m時(shí)，基坑開挖對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響較大，屬于地鐵隧道的保護(hù)范圍，需要對(duì)該問題進(jìn)行分析，因此，本文以該項(xiàng)目為依托，結(jié)合場(chǎng)地勘察資料，運(yùn)用大型通用有限元軟件對(duì)上述問題進(jìn)行研究，并對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行分析，通過其分析結(jié)果，為實(shí)際工程基坑和地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全性提供保證。

1 工程概況

廣州市黃金廣場(chǎng)房地產(chǎn)開發(fā)有限公司開發(fā)的廣州匯金國(guó)際商業(yè)大廈項(xiàng)目，位于廣州市荔灣區(qū)中山六路與海珠北路交匯處之東北角。該項(xiàng)目地面以上建筑為十六層，設(shè)置地下室三層，基礎(chǔ)擬采用筏板基礎(chǔ)。建筑±0.000相當(dāng)于廣州城建高程12.650m。

本工程地下室基坑大致呈方形，南北向最大尺寸約50m，東西向最大尺寸約44m，周長(zhǎng)約180m。

該基坑南面為廣州地鐵一號(hào)線的西門口站——公元前站隧道區(qū)間，地鐵區(qū)間隧道底標(biāo)高-15.23m，隧道頂標(biāo)高-9.23m。基坑支護(hù)的地下連續(xù)墻外邊線與地鐵區(qū)間隧道外壁的凈距為11.5m，地下室底板面標(biāo)高-14.40m，基坑開挖設(shè)計(jì)深度標(biāo)高為-15.00～15.50m，可見基坑的開挖深度與地鐵隧道底面埋深基本相同。

基坑支護(hù)靠近隧道側(cè)采用1000厚地下連續(xù)墻+二道鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)，另再地連墻外側(cè)用7排直徑550間距400的格柵式攪拌樁加固，攪拌樁深度L=11m，地連墻內(nèi)側(cè)在第二道內(nèi)支撐下面同樣用7排直徑550mm間距400mm的格柵式攪拌樁加固，攪拌樁攪至攪不動(dòng)為止；其他側(cè)邊采用800厚地下連續(xù)墻+二道鋼筋混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻兼做地下室外墻如圖1，地質(zhì)情況如圖2。

2 三維有限元數(shù)值模擬分析

本文采用三維有限元軟件midas-GTS，建立模型，計(jì)算結(jié)果如下。

深基坑開挖相當(dāng)于卸載了隧道一側(cè)的大量土體，導(dǎo)致了隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生了少量的豎向沉降和向基坑方向發(fā)生了一定量的水平位移，但以水平位移為主。地下水位在自然水位的情況：地鐵隧道結(jié)構(gòu)向基坑的最大水平位移為4.307mm，最大沉降量?jī)H為-0.760mm，最大總位移量為4.317mm。地下水位隨著基坑開挖下降到-5m的情況：地鐵隧道結(jié)構(gòu)向基坑的最大水平位移為4.408mm，最大沉降量為-1.022mm，最大總位移量為4.408mm。地下水位隨著基坑開挖下降到-16m的情況：地鐵隧道結(jié)構(gòu)向基坑的最大水平位移為4.765mm，最大沉降量為-1.191mm，最大總位移量為5.006mm。

可見，雖然總體有位移變化但基坑施工引起的地鐵隧道結(jié)構(gòu)的位移量較小，小于地鐵隧道保護(hù)條例規(guī)定的最大附加絕對(duì)位移量（20mm）。

綜上，深基坑開挖對(duì)鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)造成了一定量的水平位移和豎向沉降，但總位移量很小（由于地下水位下降多少暫時(shí)沒法估計(jì)，所以不算地下水下降引起的附加位移，則總位移在4.4mm以內(nèi)），且未對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)產(chǎn)生明顯改變，因此，認(rèn)為地鐵隧道結(jié)構(gòu)在深基坑開挖過程中是安全的。

如上述各工況的計(jì)算分析和圖表所示，隧道各點(diǎn)的位移都已求得，分別將臨近隧道邊基坑中部的最大位移及兩側(cè)的最小位移標(biāo)記出來，又因?yàn)楦鼽c(diǎn)的相對(duì)位置都已計(jì)算獲得，且隧道變形曲線必然通過這三點(diǎn)。因此，可利用作圖法，將經(jīng)過這三點(diǎn)的圓弧畫出。此時(shí)即可得到隧道變形相對(duì)曲率半徑。

隧道側(cè)的模型邊長(zhǎng)110m，利用上述方法，求得隧道在各種狀態(tài)下的最小曲率半徑如下表1：

由上表可見，由基坑開挖引起的隧道變形的曲率半徑遠(yuǎn)大于地鐵隧道保護(hù)條例規(guī)定的最小曲率半徑（15km）。

3 結(jié)論及建議

通過上述論文的分析結(jié)果，可知，本項(xiàng)目深基坑開挖對(duì)于地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響尚在規(guī)范許可的范圍之類，但是其影響值相對(duì)來說還是比較大的，因此，需在基坑開挖過程中，加強(qiáng)深基坑開挖工況和地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力監(jiān)測(cè)，對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行監(jiān)控，必要時(shí)，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)基坑支護(hù)的施工方案或者施工步驟進(jìn)行調(diào)整。

在基坑進(jìn)行土方開挖時(shí)，因遵循分塊、分層、對(duì)稱開挖的原則，在必要時(shí)，可以在靠近地鐵隧道的一側(cè)通過土體反壓來控制基坑土方開挖對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁寧慧，劉新榮，曹學(xué)山，等.中國(guó)城市地鐵建設(shè)的現(xiàn)狀和發(fā)展戰(zhàn)略[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（6）：81-85.

[2] 賀少輝.地下工程（修訂本）.[M].2008年3月第1次修訂.清華大學(xué)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：尚玉厚（1963-），男，河南信陽(yáng)人，工作于河南益科巖土工程有限公司，現(xiàn)職稱物探工程師，從事巖土工程相關(guān)工作。