緊鄰地鐵隧道基坑開挖研究進展

王 翀

(武漢工程大學，湖北 武漢 430074)

緊鄰地鐵隧道基坑開挖研究進展

王 翀

(武漢工程大學，湖北 武漢 430074)

結(jié)合臨近地鐵隧道開挖基坑的研究意義，介紹了城市中緊鄰地下隧道基坑開挖工程國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了當前應對和解決該問題的現(xiàn)有辦法，并就該技術(shù)未來的發(fā)展趨勢進行了展望。

基坑開挖，地鐵隧道，地下連續(xù)墻技術(shù)，防震防水層

0 引言

城市軌道交通作為一個縱向發(fā)展的立體化公共交通，對于節(jié)約城市平面空間資源有著很大的作用，同時也促進了城市經(jīng)濟與社會的高效發(fā)展。地鐵隧道的通行極大的滿足了市民對于出行的要求，但也產(chǎn)生了新的安全問題。因地下環(huán)境復雜且不能直觀的檢測，城市建筑建設過程中臨近地鐵隧道附近基坑開挖作業(yè)時易造成周邊土層的位移，也可能導致地表沉降。這種情況不僅給工程建設提出了嚴峻的挑戰(zhàn)同時給地鐵隧道以及其內(nèi)部乘客帶來很多不確定的危險因素。故對臨近地鐵隧道的基坑開挖施工作業(yè)進行研究是有著很大的現(xiàn)實意義。

1 臨近地鐵隧道開挖基坑研究意義

城市地表空間日益飽和，城市發(fā)展逐漸開始注重對地下空間的開發(fā)與利用。城市內(nèi)建設條件日漸復雜。城市地表密集的建筑群極易與發(fā)展壯大的地下隧道交通網(wǎng)絡相鄰或者在垂直方向上呈重疊狀態(tài)。基坑施工開挖作業(yè)可能會緊鄰正在運營的地鐵隧道并可能使其原有的受力平衡情況受到破壞，從而產(chǎn)生應力的重分布現(xiàn)象。這樣將改變地鐵隧道的外界受力環(huán)境，可能將導致隧道穩(wěn)定性被破壞。按照規(guī)范要求經(jīng)營的地鐵隧道的結(jié)構(gòu)必須符合最大位移不超過20 mm，隧道變形曲率半徑必須大于15 000 m，相對彎曲不大于1/2 500。因此分析研究建筑基坑開挖過程中基坑圍護結(jié)構(gòu)與鄰近地層及隧道的變形問題是尤為必要的。從而能更好地指導施工避免基坑開挖對地鐵隧道產(chǎn)生危害。

2 國內(nèi)外研究進展

2.1 國外研究進展

Bryson，Lindsey Sebastian對一芝加哥途經(jīng)學校段地鐵工程破壞了學校建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)象進行了研究。他研究應用剛性支護在軟土區(qū)進行深基坑開挖可能對緊鄰的建筑物產(chǎn)生的影響。該研究表明深基坑的開挖確實會對緊鄰建筑設施造成一定的影響，但是并未針對如何防止影響破壞進行深入的研究。

Valizadeh分析了地下結(jié)構(gòu)施工過程中支撐格構(gòu)柱的作用效果，對比分析了在有無中間支撐柱的兩種不同情況下，使用中間支撐柱的大開挖工程中可以有效的減小地表變形以及應力集中，同時使用中間支撐柱后工程的開挖降低對周圍土體的影響。

Valipour Alireza，Yahaya Nordin等在其文章中采用SWARA(分步考核權(quán)重比分析法)以及COPRAS(復雜比例評估法)引入新的標準在深基坑開挖的風險評估中，并以伊朗西南部城市設拉子一深基坑開挖為例進行說明。結(jié)果表明在應對深基坑開挖此類地質(zhì)條件復雜有著施工風險的工程中為提高施工質(zhì)量和安全性而進行風險評估是有必要的。

2.2 國內(nèi)研究進展

張尚根,陳志龍，曹繼勇在文章中提出通過使用正態(tài)分布密度函數(shù)來計算軟土地區(qū)開挖深基坑而引起的沉降土體沉降值的公式。該沉降值計算公式的使用將提高計算沉降值所得結(jié)果的精確程度，并且通過該計算結(jié)果以及與施工現(xiàn)場的實際情況相結(jié)合可以更好的預測基坑周圍土體的沉降情況以及控制位移保護基坑。該文在研究過程中并未考慮基坑開挖具有的空間與時間效應以及應用不同施工工藝和基坑開挖方式等因素有著一定的局限性。

王路將基坑圍護結(jié)構(gòu)、鄰近地層和地鐵隧道三者相結(jié)合,通過有限元軟件MIDAS/GTS建立平面應變模型模擬基坑開挖施工過程中基坑圍護結(jié)構(gòu)變形、鄰近地層變形、地鐵隧道變形之間的關(guān)系。并通過工程實例進行說明和驗證了理論性的計算是可行的。但該理論計算過于理想且不能簡便的直接適用復雜多變的實際工程。

劉志成,陸申一通過細化施工方案，注重將施工信息化并在緊鄰地鐵隧道深基坑工程施工中應用地下連續(xù)墻技術(shù)，使得在地鐵隧道安全運營的同時克服施工難點并最終達到了設計要求和有關(guān)部門的規(guī)定，確保了地鐵隧道的安全運行以及基坑開挖的正常且有效率的施工。但是不能忽視的是該施工技術(shù)的應用對于機器的選用以及施工各環(huán)節(jié)的處理有著較高的要求且連續(xù)墻段之間易形成薄弱點而產(chǎn)生不良影響。

簡艷春在其河海大學碩士論文中通過應用非線性彈性有限元與工程實例相結(jié)合的方式將軟件模擬值與工程實測值進行對比研究軟土地質(zhì)條件情況下的基坑開挖引起的土體變形。通過數(shù)據(jù)的對比研究軟土基坑變形估算及其影響因素。她在其論文中通過支護墻側(cè)向變形值來推導出了計算地表沉降的適用公式。該研究因?qū)嶋H基坑沉降的機理很復雜且基坑土體沉降以及土工參數(shù)相關(guān)資料較為缺乏影響了有限元模擬值的精度。

趙笑男在他的西安建筑科技大學碩士學位論文上選用ANSYS軟件與實際工程相結(jié)合的方法進行創(chuàng)建三維模型有限元分析。使用該方式分析臨近既有地鐵隧道的深基坑開挖工程中基坑圍護變形，基坑附近土體沉降以及臨近地鐵隧道的豎向和橫向位移情況以及研究隧道埋深，隧道與基坑間距以及施工土質(zhì)條件不同情況下臨近基坑地鐵隧道的豎向以及橫向位移的影響規(guī)律。因施工地質(zhì)條件，施工技術(shù)以及隧道受力情況等諸多因素影響從而有著一定的局限性和過于理想化。

3 臨近隧道基坑安全控制技術(shù)

3.1 風險管理

施工中應用風險管理可以很好的幫助施工方選擇更加科學且安全性更高的施工決策。風險管理在深基坑開挖施工作業(yè)中的應用將極大的減少施工危險的發(fā)生和因此產(chǎn)生的損失。

3.2 地下連續(xù)墻技術(shù)

地下連續(xù)墻施工方法有著工期短，效果好，所需空間小，防滲性能好，剛度大，噪聲低且適用于多種地質(zhì)條件等特點能夠很好的防水，截水，承重等作用，故該施工方式非常適合應用在城市建設以及深基坑支護工程中。

3.3 防震防水層施工技術(shù)

在開挖基坑的底部基礎部分時，根據(jù)不同的施工設計要求與周邊環(huán)境應用泡沫防震板或者聚苯乙烯泡沫板以及PVC防水板或者BAC防水卷材等材料來設置防振防水層，可以有效的防止水的滲透以及因為基坑施工而產(chǎn)生的震動影響其下部正在運行的地鐵隧道。

3.4 地鐵隧道變形檢測分析

通過利用專業(yè)的檢測儀器和方法對地鐵隧道的變形監(jiān)控與檢測分析，施工者可以實時獲得隧道變形的數(shù)值并保證其能在有關(guān)規(guī)范的范圍內(nèi)，從而在基坑開挖施工過程中確保基坑安全開挖與隧道的正常使用。

4 結(jié)語

我國經(jīng)濟建設發(fā)展迅猛，未來城市施工地下作業(yè)因地鐵隧道的日益密集而面臨的難點也將更加復雜。現(xiàn)階段的研究以及施工技術(shù)都各自有其優(yōu)越之處，但也有著考慮因素不全面以及使用范圍過小的局限性和不足。所以面對緊鄰地鐵隧道基坑開挖不同施工難點，保證地鐵隧道安全且施工工程能有效的進行下去，需要將這類問題獨立出來進行分析研究，再形成一個針對臨近地鐵隧道施工基坑開挖工程從準備階段風險評估再到施工管理監(jiān)測，以及面對各種情況的施工技術(shù)應用的系統(tǒng)性綜合性的指導規(guī)程。希望通過該規(guī)程能更好地幫助未來城市建設的發(fā)展。

[1] Bryson,Lindsey Sebasian.Performance of a still excavation support system in soft clay and the response of an adjacent building[D].Northwestern University,Ph.D.2002:52-687.

[2] Valizadeh A K.Numerical modeling of ground settlement control of large span underground metro station in Tehran Metro using Central Beam Column (CBC) structure[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2012，28(1)：1-9.

[3] Valipour Alireza.Hybrid SWARA-COPRAS method for risk assessment in deep foundation excavation project:an Iranian case study[J].Journal of Civil Engineering & Management,2017,23(4):524-532.

[4] 張尚根,陳志龍,曹繼勇.深基坑周圍地表沉降分析[J].巖土工程技術(shù),1999(4):7-9.

[5] 王 路.基坑開挖對鄰近既有隧道的影響分析[D].北京：北京交通大學,2009.

[6] 劉志成,陸申一.緊鄰地鐵隧道的深基坑地下連續(xù)墻施工技術(shù)[J].西部探礦工程，2009(3)：7-10.

[7] 簡艷春.軟土基坑變形估算及其影響因素研究[D].南京：河海大學,2001.

[8] 歐陽小良,羅丙圣,官俊杰.深基坑工程的風險評估研究[J].施工技術(shù),2009(38):11-15.

[9] 張 馳,李永文,袁利紅.地鐵隧道上蓋深基坑筏板防震防水層施工技術(shù)[J].廣東土木與建筑,2014(7):32-35.

[10] 趙笑男.深基坑開挖對鄰近既有地鐵隧道影響規(guī)律研究[D].西安：西安建筑科技大學，2013.

A summary on the present research of the foundation excavation close to the subway tunnel

Wang Chong

(WuhanInstituteofTechnology,Wuhan430074,China)

Combining with the research on foundation pit excavation of neighboring subway tunnels, this paper introduces the present situation of the research on the foundation excavation close to the subway tunnel. This paper summarizes the current methods to solve the problem in the process of construction and gives some advises to deal with the situation in the future.

foundation excavation， subway tunnel, diaphtagm wall technology, shockproof waterproof layer

1009-6825(2017)20-0174-02

2017-04-26

王 翀(1992- )，男，在讀碩士

U455

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