鄰近既有地鐵隧道的深基坑工程設計

□文/商敏

鄰近既有地鐵隧道的深基坑工程設計

□文/商敏

以某鄰近地鐵隧道深基坑工程設計為例，結合工程地質條件及周邊環境條件，選用合適的基坑支護形式及止水措施，運用有限元方法分析了深基坑開挖對鄰近隧道的影響，介紹了鄰近既有隧道的深基坑設計方法和保護措施。

深基坑；既有地鐵；隧道

隨著城市建設的快速發展，地下工程越來越多，基坑距離越來越近，如何減少基坑工程對周邊環境的影響，保證施工期間既有軌道交通線路的正常運營，成為此類基坑圍護設計和施工中的重點與難點。

本文以天津軌道交通某鄰近既有隧道深基坑工程為例，介紹了基坑設計方案，采用數值計算分析基坑開挖對既有隧道的影響。

1　工程概況

項目為一長條形基坑，覆土厚約12 m，基坑凈長約70 m，標準段基坑深度約為24 m，加深段基坑深度約為26.6 m，標準段凈寬9.8 m，基坑一側與已建的既有隧道凈距僅為5.3 m。主體結構采用地下兩層單跨拱頂結構，采用明挖順筑法施工。

2　工程地質

場地埋深70.00 m深度范圍內，地基土按成因年代可分為10層，按力學性質可進一步劃分為14個亞層。各層土的物理力學性質參數見表1。

表1　土層物理力學性質參數

3　基坑方案

3.1基坑保護等級

基坑開挖深度標準段為24.7 m，加深段為26 m，既有隧道位于1倍開挖深度內，故基坑安全等級確定為一級，地面最大沉降量≤0.1%H且≤30 mm，圍護墻最大水平位移≤0.14%H且≤30 mm。

既有鄰近隧道水平及豎向變形控制值為10 mm，收斂變形≤10 mm。根據三維空間計算，圍護結構最大水平位移≤17 mm時右線隧道變形滿足10 mm以內。

3.2圍護結構設計

3.2.1支撐體系

標準段沿基坑深度方向共設4道鋼筋混凝土支撐+1道鋼支撐，其中第一道為800 mm×900 mm鋼筋混凝土撐，第二道為900 mm×900 mm鋼筋混凝土撐，第三、四道為1 100 mm×1 100 mm鋼筋混凝土撐，第五道為φ800 mm鋼支撐，頂圈梁為1 000 mm×1 200 mm。

加深段沿基坑深度方向共設4道鋼筋混凝土支撐+2道鋼支撐及1道換撐，其中第一道為800 mm×900 mm鋼筋混凝土撐，第二道為900 mm×900 mm鋼筋混凝土撐，第三、四道為1 100 mm×1 100 mm鋼筋混凝土撐，第五、六道及換撐為φ800 mm鋼支撐，頂圈梁為1 000 mm×1 200 mm。

標準段圍護結構橫剖面見圖1。

3.2.2圍護結構

標準段圍護結構采用1 200 mm厚地下連續墻，墻長44.5 m，墻趾插入層粉質粘土中約3.3 m（隔斷層承壓水，有效控制因抽水引起地面沉降及周邊環境變形的施工風險），插入比為0.80。

圖1　圍護結構剖面

加深段圍護結構采用1 200 mm厚地下連續墻，墻長46.5 m，墻趾插入層粉質粘土中約5.2 m（隔斷2層層承壓水），插入比為0.79。

3.2.3止水措施

鄰近隧道側采用800 mm厚TRD水泥土墻作為止水帷幕兼槽壁加固，其施工適應性強，墻體在保證強度的同時具有防滲功能，可提高基坑止水帷幕工程的施工質量與進度，減小地墻成槽期間土體變形；基坑另一側地墻接縫處采用直徑2 m的RJP旋噴樁止水，加強基坑圍護接縫止水能力，避免滲漏水引起周邊土體變形。

3.2.4基坑開挖鄰近盾構隧道風險應對措施

1）基坑施工過程中，應嚴格控制基坑開挖過程中基坑變形（包括支護結構變形、坑底隆起和周邊地層變形）。

2）為保證降水效果和控制降水對右線隧道的影響，施工前應進行抽水試驗，合理布置降水井。

3）施工單位應根據各項風險提出專門的應急預案，一旦發現險情，能夠立即采取搶險措施，控制險情的進一步發展。

4）要加強監控量測，做到信息化施工。應加強施工監測，嚴格控制地面沉降量和圍護結構的水平位移。

4　圍護結構計算

圍護結構內力分析采取沿結構縱向取單位長度按彈性地基梁計算。圍護結構開挖階段計算時須計入結構的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形，后支撐”的原則進行結構分析。地下連續墻圍護計算結果如圖2所示。

圖2　圍護結構計算結果

地墻圍護結構最大變形為18.7 mm≤0.14%H=33.5 mm且≤30 mm，滿足一級基坑的環境保護要求且滿足鄰近隧道變形要求。

5　基坑開挖對既有隧道影響分析

為較準確地預測基坑開挖引起周邊環境的附加變形，采用FLAC3D有限差分計算分析軟件模擬基坑開挖期間對鄰近右線隧道的影響。

5.1模型建立

取模型縱向120 m，深度65 m，寬度120 m；模型的底面豎向約束，左右面x方向約束，前后面z方向約束；土體采用摩爾-庫倫彈塑性本構模型進行計算；地下連續墻采用實體單元進行模擬；模型共有66 120個單元和72 540個節點，通過模擬基坑分層開挖至坑底、結構回筑工況，分析深基坑施工對鄰近隧道的影響，有限元分析的計算模型見圖3。

圖3　有限元計算模型

5.2計算結果

有限元分析的計算結果見圖4和圖5。

圖4　圍護墻體水平位移

圖5　右側隧道水平位移

有限元計算結果表明：基坑的圍護結構水平位移最大為16.2 mm，鄰近隧道最大水平位移為9.2 mm。

根據上述理論計算結果并結合已有的工程經驗，本方案能保證基坑開挖對鄰近隧道的影響在可控制的范圍之內。

6　結語

根據目前基坑開挖的監測資料，圍護結構墻身最大水平位移為10.31 mm，右側隧道水平位移為7.8 mm，支撐軸力、地下水位變化、區間隧道的變形量均處于有效控制范圍內。從基坑現場施工情況來看，本工程基坑設計方案安全可行，為今后鄰近地鐵隧道的深基坑工程提供一些有益的設計經驗。

［1］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社.2009

［2］范益群，孫巍，劉國彬，等.軟土深基坑考慮時空效應的空間計算分析［J］.地下工程與隧道，1999，（2）：2-8.

TU753

C

1008-3197（2016）04-78-031

2016-05-06

商敏/女，1985年出生，碩士，上海市城市建設設計研究總院，從事地下結構的設計與研究工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.031