基坑開挖對城市軌道交通盾構隧道區間影響分析

孟 晨 曦

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031)

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基坑開挖對城市軌道交通盾構隧道區間影響分析

孟 晨 曦

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031)

結合某基坑的工程地質情況，采用有限元軟件建立了施工模型，通過數值模擬計算，分析了基坑開挖對城市軌道交通盾構隧道區間的影響，為后續工程的施工提供了依據。

基坑，盾構隧道，地鐵區間，位移

0 引言

近年來我國地鐵工程日益增多，據2015年國家公布的統計數據顯示：目前我國獲批軌道交通建設規劃的城市已達36個，到2013年年底我國有19個城市擁有地鐵，總里程達到2 366 km，預計到2020年全國擁有軌道交通的城市將達到50個，到2020年我國軌道交通要達到近6 000 km的規模。地鐵沿線一般為城市的重要地段，沿線商業及地下空間開發數量多、價值大，但基坑開挖也會對地鐵安全產生一定影響。

1 工程概況

基坑面積約6.7萬m2，周長約2 481.8 m，深度約為4.8 m。根據周邊環境、基坑挖深和地質情況，基坑側壁安全等級定為二級，重要性系數為1.0。本基坑支護設計體系，正常使用年限為12個月。基坑支護擬采用掛網噴混凝土支護、鋼板樁支護、鋼管土釘墻、鉆孔灌注樁等支護。其中臨近地鐵區間一側基坑深為4.8 m，采用鉆孔灌注樁支護(φ1 000@1 200)，樁長12.7 m，深入基底以下9.2 m。

地鐵區間受臨近基坑施工影響范圍為XK9+734.048～XK9+827.532(893.484 m)，SK9+727.838～SK9+825.313(97.475 m)。影響范圍內地面標高17.909～21.541，采用黃海高程；地鐵區間覆土6 m～8.673 m。

地鐵區間結構與基坑平面最小距離為20 m。

2 地質概況

2.1 工程地質

該場地上覆蓋土層由第四系人工回填土(Q4ml)、第四系全新統沖積(Q4al)等土層組成，下臥基巖為第三系新余群巨厚層砂礫巖(E)。

經鉆孔揭露，該場地巖土層自上而下分別為：雜填土、粉質粘土、中砂、礫砂、強風化砂礫巖、中風化砂礫巖。

2.2 水文地質

勘察期間地表下3.00 m左右可見地下水，初見水位標高15 m左右，為上層滯水，水量較小，主要受季節性大氣降水及民用用水補給，賦存于雜填土下部、粉質粘土以上。由于填土水量小及土層之間差異，上層滯水無統一穩定水位。

地表下13 m左右(黃海高程9 m左右)可見松散巖類孔隙水，屬潛水型，主要賦存于中砂層以下，粉質粘土混凝土土層為相對隔水層頂板，下伏基巖為相對隔水層底板。

本場地地下潛水具微承壓(承壓水頭0.5 m)，初見時水量較小，隨鉆孔深度增加，水量逐漸增大，至飽和狀，與贛江水位互通。受贛江水位影響，隨季節變化而漲落。含水層厚度一般在7.00 m左右，含水層滲透性強，綜合滲透系數100 m/d。

3 地鐵區間結構

已建成的地鐵區間隧道，采用盾構法施工，襯砌結構為單層裝配式鋼筋混凝土管片，襯砌管片內徑為5 400 mm，外徑為6 000 mm，厚度為300 mm，環寬為1 200 mm。環間錯縫拼裝。每環管片由3塊標準/2塊鄰接塊、1塊封頂塊組成。每環管片縱向共10只M24螺栓，環向共12只M27螺栓。混凝土強度等級C50；混凝土抗滲等級P10。

4 數值計算模擬

4.1 模型的建立

本次有限元計算主要分析基坑施工對地鐵區間的影響，根據實際情況，取SK9+727.838位置處計算分析。

本次分析采用巖土、隧道結構專用有限元分析軟件MIDAS/GTS(Geotechnical & Tunnel analysis System)Ver4.0進行計算。

本次分析土體材料本構模型取用德魯克—普拉格(Drucker—Prager)彈塑性模型。襯砌結構材料按線彈性考慮。

地鐵區間覆土6 m，線間距14.2 m，與826基坑水平距離為20 m；826基坑深4.8 m，采用鉆孔灌注樁支護(φ1 000@1 200)，樁長12.7 m，深入基底以下9.2 m。

在計算過程中，不考慮在地面荷載和自重情況下區間隧道結構已經產生的先期位移，只考慮此次基坑開挖施工引起的區間隧道結構的變形變化。

地鐵區間施工計算模型見圖1，基坑開挖施工模型見圖2。

4.2 計算結果

地鐵區間施工計算見圖3，基坑開挖完成豎向位移計算結果見圖4。

地鐵區間隧道的位移具體詳圖見圖5，圖6。

5 結語

1)由計算結果可知：當完成基坑土體開挖后，地鐵區間結構的最大水平變形為1.67 mm(向基坑方向)；地鐵區間結構的最大豎向變形為1.1 mm(沉降)。

2)針對項目基坑施工對已建成的地鐵區間結構的影響，進行了有限元數值分析。從位移和內力的計算結果來看，規劃建筑方案及基坑支護方案在退距地鐵結構20 m的距離下，均能滿足評估標準的要求及地鐵結構所承受的受力范圍。

3)軌道交通保護區范圍內進行基坑開挖活動時，必須與地鐵隧道內的監測工作相結合，通過信息化的施工確保隧道的運營安全。

4)在基坑開挖施工全過程，地鐵隧道內必須進行隆沉變形、水平變形、接縫張開、裂縫、滲漏水等項目的監測和觀測，因該項目施工對隧道影響較小，建議監測范圍為建筑物距離隧道邊線25 m范圍內的隧道進行監測，且著重監測下行線隧道，監測報警值水平位移取2.4 mm，垂直位移取1.3 mm。

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[5] 肖明清，鄧朝輝，何 川.武漢長江隧道管片結構關鍵技術研究[J].鐵道工程學報，2011(10)：73-74.

The application analysis on foundation pit excavation to urban rail transit shield tunnel interval

Meng Chenxi

(ChinaRailwaySecondBureauEngineeringGroupLimitedLiabilityCompany,Chengdu610031,China)

Combining with the engineering geological condition of a foundation pit, this paper used the finite element software established the construction model, through the numerical simulation calculation, analyzed the influence of foundation pit excavation to urban rail shield tunnel interval, provided basis for subsequent engineering construction.

foundation pit, shield tunnel, subway interval, displacement

1009-6825(2016)11-0188-02

2016-01-20

孟晨曦(1986- )，男，工程師

TU463

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