深基坑施工對盾構地鐵隧道的影響分析

陳 新 焱

(山西建設投資集團有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

隨著中國建筑土木行業的迅猛發展，在基礎施工中開挖的深度越來越深，對于深基坑的支護提出了更高的要求，深基坑的支護也變得多樣化[1]。在水平內支撐結構材料的選取上，目前越來越多的采用型鋼組合支撐體。理論分析表明，臨界荷載隨著支撐體系抗側剛度的增加而增加，抗側剛度是影響支撐體系整體穩定的關鍵因素[2]。

深基坑的開挖不僅要保證基坑本身的安全與穩定，而且還要有效地控制基坑周圍地層移動以達到保護環境的目的，尤其是在地基土質較差的城市內進行基坑開挖施工時，經常引起基坑周圍土體的較大變形，從而影響基坑周圍的建筑物、公共設施、道路、管線等的正常使用，特別是對于盾構地鐵隧道的安全，引起各界人士的關注。因此，準確地預測因基坑開挖而引起的土體移動，不僅是基坑降水開挖支護系統設計的一個重要組成部分，而且是評價基坑開挖對周圍環境影響程度的一個重要指標。

1 工程概況

該深基坑為太原地鐵2號線某站廣場綠地及配套停車場工程，建設內容包括地上廣場管理用房、園路及場地鋪裝、景觀綠化、地下機動停車位以及社會停車庫管理用房等，地下車庫為2層地下室(埋深約9 m)，建筑物為1層，根據招標文件擬建建筑最大柱荷載約3 500 kN。距離深基坑北側10 m左右，為太原地鐵2號線某路站，且正在盾構施工中[3]，其平面圖如圖1所示。

2 支護體系

傳統基坑的支撐主要有鋼筋混凝土支撐、鋼管支撐等。鋼筋混凝土支撐結合鉆孔灌注樁形成整個完整的支撐體系，該體系大多采用鋼筋制模，并用混凝土澆筑，形成的鋼筋混凝土支撐和鉆孔灌注樁作為支撐和擋土結構，三軸水泥攪拌樁作為止水結構。但其中的鋼材和混凝土的使用均為不可回收材料，并且會產生大量的泥漿排放量，同時造價高、施工周期長、拆除噪聲大；鋼管支撐雖可循環使用，但其整體性差、結構節點連接薄弱、可靠性低，基坑安全性可能會降低。這些傳統支撐結構已逐漸不能滿足基坑工程對環境保護、綠色施工方面的要求[4，5]。

2.1 型鋼組合支撐體系

該系統采用一種高強度的型鋼，經工廠加工形成模塊化的標準件，系統由模塊化組合標準件組成，根據設計要求任意組合增加預應力的一種施工方法。其連接節點如圖2所示。

型鋼組合支撐體系結合鉆孔灌注樁或TRD工法或SMW工法，該系統中大多采用鋼材作為擋土、止水和支撐結構，最后除去消耗部分，均會回收再利用，在材料消耗、碳排放、水資源消耗、能源消耗、垃圾排放等方面具有良好的社會效益和經濟效益。同時對基坑周邊的位移影響也較小，適用于盾構施工的地鐵項目周邊的基坑項目[6，7]。

2.2 圍護體系

結合基坑周邊環境情況，經過討論決定采用鉆孔灌注樁作為圍護體系，同時結合三軸止水。鉆孔灌注樁的施工流程為：樁位放樣→埋設護筒→鉆機就位→鉆進成孔→一次清孔→下鋼筋籠→下導管→二次清孔→灌注混凝土。

3 隧道影響分析

該項目支護施工完成后，開始土方的開挖，挖到基坑設計底標高后馬上進行基礎底板的澆筑，地下室的建設，最終型鋼支撐拆除。

3.1 支撐的影響

在深基坑工程中，基坑的跨度較大，在設置支撐時，對于其平面內和平面外的穩定性提出了很高的要求。目前一般的解決方法是：在平面外穩定性，采用設置豎向立柱的方法；在平面內穩定性，通過增加桿件截面或縮短桿件計算長度的方法。

型鋼組合支撐體系作為新興的支撐體系在早期的工程應用中僅對每榀支撐內的不同型鋼桿件設置蓋板以增加整體性，并未對各榀支撐進行有效連接，使得各榀支撐發揮作用時相互獨立。因此隨著支撐桿件長度增加，桿件平面內穩定性減小，臨界荷載減小，對周邊土體約束能力減弱。

在地鐵盾構施工時，一般會采用隧道圍巖來抵抗土體的自重壓力，在型鋼組合支撐體系中設置橫向連桿是增加體系抗側剛度的一種方法，同時設置橫向支撐可減小壓桿計算。

3.2 圍護體系的影響

本項目在施工過程中，施工好鉆孔灌注樁、SMW三軸止水樁等圍護體系后，對臨近基坑的地鐵隧道周邊土體的側移位移進行檢測，以監測報告為依據，將cx3,cx7,cx11,cx15四點實測位移與理論計算結果作比較，如圖3所示。

經過對深層土體位移曲線的對比與分析，發現各監測點的監測結果與理論計算值基本吻合，cx3點因位于基坑出土口范圍，土體經攪拌樁加固且基坑暴露時間相對較短，因而位移相對較小。

基于剖面計算結果，本文對支護結構進行整體計算，對比在支撐體系內是否設置橫向連桿兩種情況下支撐體系平面受力及位移，分析橫向連桿在支撐體系內所起的作用。在結構穩定性方面，傳統的鋼筋混凝土支撐因易成形，不易變形，截面剛度大且適用于各種類型的基坑等優點而廣泛使用。型鋼組合支撐體系在布置時通常會在受壓主桿間設置連系梁，形成網狀結構，使原本各自獨立的支撐桿件形成整體以提高平面內穩定性[8]。

4 結語

在使用型鋼組合支撐體系時通過增加橫向連桿的方法來提高基坑整體穩定性，橫向連桿可約束支撐桿件平面內變形，從而減小因支撐桿件偏心受壓所產生的彎矩。經過對監測數據的整理和分析，發現型鋼組合支撐體系內設置橫向連桿后，對基坑的整體穩定性有明顯的提高，從而減少了對周邊地鐵隧道位移的影響。同時采用鉆孔灌注樁加SMW三軸止水的形式，經過對隧道周邊位移監測數據的分析，發現土體側移較小，均在2 cm以內，且與理論計算結果接近，很好的保護了地鐵隧道的正常施工。