深基坑開挖對鄰側地鐵隧道及車站的影響研究★

賈瑞晨 甄精蓮

(湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421001)

1 概述

我國經濟的快速發展帶動了城市建設進程的不斷加快。經濟發展和人口快速集聚使大城市不得不由原始地表空間開發轉化為城市地下空間的開發。對于地下空間的開發過程中不可避免的會引起原始土層的變化，土層變化又會進一步對周邊建筑物和公共設施產生影響。其中，地下空間的開發會對開發地域周邊地區的地鐵隧道和車站產生影響。

在目前的建設實踐中，基坑工程開挖過程中由于土層結構復雜多變以及施工難度大等特點，因此在地下空間開發的過程中對周邊設施的影響也具有不確定性，且對產生的影響控制方面難度較大。施工過程中對周邊地鐵隧道以及車站的影響程度的大小會受到多種因素的影響。首先，基坑挖掘的面積大小是產生影響大小的重要影響因素。如果基坑開挖的面積過大，對周邊地鐵設施和車站的影響也會加大，兩者呈現正比例相關。其次，基坑的挖掘方式也在一定程度上決定了對周邊環境的影響大小。如果基坑挖掘方式較為先進，則可以有效控制對周邊地鐵隧道以及車站的影響。最后，基坑挖掘過程中采用的機械設備、基坑本身的原始結構也會對影響的程度產生作用。目前，理論界和施工實踐過程中在工程開挖以前都會對工程對周邊環境的影響進行分析和論證。但是從數據層面、理論層面進行的分析又與實際施工情況有所差距，因此理論計算的數值在施工過程中會出現偏差，這種偏差需要保持在合理范圍內，如果超出合理范圍，就會使工程施工對周邊的影響不可控，會危害基坑周邊地鐵隧道以及車站運營的安全性和穩定性。

2 深基坑開挖對鄰近地鐵隧道及車站影響實證分析

2.1 工程基本情況

該施工場所地理位置位于我國華北地區，地形為平原，土壤情況為粉砂和粉質黏土。該地下工程開發深度為地下3層，挖掘深度15 m。該施工場地與地鐵運行線路上的車站距離很近，基本處于相互連接的狀態。在地鐵車站狀況方面，車站同樣為地下3層的結構，主體建筑材料為鋼筋混凝土，目前相鄰的地鐵線路已經投入運營，因此，在該地下空間開發工程中必須考慮對該地鐵線路以及沿線地鐵車站的影響。

2.2 深基坑開挖后地鐵隧道及車站的形變分析

2.2.1基坑地連墻形變

為了最大限度的避免該工程對周邊地鐵設施造成不利影響，因此產生了多種規避影響的施工方案，并最終選取了一種影響最小，可行性最高的方案進行施工。在施工過程中，隨著挖掘深度的不斷增加，基坑地連墻受到的影響也逐漸顯現，具體表現為其形變不斷加大。隨著挖掘深度的繼續增加，直至挖掘工作進行到坑底時，西側最大的形變水平位移數值為29.54 mm，東側最大的形變水平移動距離為30.81 mm。用該種方案與其他兩種方案進行對比，通過分析可以得出無論哪一種施工方案其兩側水平距離位移數值均為30 mm左右。因此，運用該方案進行挖掘施工是有理論依據并符合現實條件的。

2.2.2車站水平形變

在進行理論測算過程中，工程人員為了使計算模型更加簡化，將地鐵沿線車站外墻與其圍護設備進行合并計算。實質上就是將地鐵車站的圍墻實質上看作周邊圍護設備的其中一部分。經過測算分析，得出了隨著基坑開挖進程和深度的變化對地鐵沿線車站外墻形變的影響情況。在基坑開挖深度到達地下5 m時，水平形變量保持在10 mm以內。當基坑開挖深度達到10 m～15 m時，地鐵車站周邊的水平形變處于10 mm～14 mm之間。當基坑開挖深度達到15 m之后時，周邊外墻的形變量逐漸回落，最終保持在6 mm以內。通過對以上數據的分析可以得知，當基坑挖掘工作處于前中期階段時，對周圍設備和建筑的影響逐漸加大，但是當基坑挖掘工作推進到中后期時，對周邊設備和建筑的影響程度又會逐漸回落。

2.2.3隧道變形分析

1)最大形變。

在研究地下空間開發對鄰近隧道線路的影響時，首先必須對隧道形變的最大形變量進行觀察和分析。在地鐵設備建設和維護方面，國家出臺了相關技術規范對地鐵軌道安全形變進行了相應的要求。在該項目建設的過程中，對周邊地鐵線路的形變量都做到了有效控制，將其形變控制在了可控范圍內。根據相關技術要求，地鐵線路的沉降形變要求為水平范圍內3 mm～5 mm，沉降要求為3 mm～10 mm。通過對該工程技術方案的分析可以得知，該項目施工對地鐵隧道的水平形變影響為2.98 mm，沉降位移數值為3.1 mm，上述兩個技術數值都符合相關技術要求，且數值較低。

2)對稱及非對稱施工位移分析。

基于本工程中深基坑和地鐵隧道相對位置也產生了兩種深挖方式。本工程中，地鐵隧道將深基坑貫穿，將其分為了東西兩個部分。在施工的過程中，有兩種挖掘方式，其一是對稱挖掘方式；其二是非對稱挖掘方式。隨著地下空間挖掘工程的不斷推進，對稱挖掘和非對稱挖掘兩種施工方式會產生不同的影響和效果。具體而言，在對稱挖掘的施工方式中，隨著挖掘進程的不斷推進，東西兩側的形變值從0.5 mm逐漸達到3.5 mm，其中工程西側地鐵線路的形變量略微大于施工范圍東側地鐵線路的形變值。在非對稱開挖的施工方案中，經過計算可以得知，東西兩側形變量遠大于對稱施工。非對稱施工的方案中兩側最大形變量可達7 mm。因此，通過上述分析，可以得知在地下空間開發中深基坑施工過程中采用對稱施工的方式對周邊地鐵線路的形變控制更為有利。

深基坑的挖掘工作會導致隧道兩側方位產生卸荷現象，但是縱向載荷情況不會發生變化，在縱深挖掘的過程中相臨近的地鐵隧道會導致產生水平方向向兩側拉伸，但是在縱向上卻產生壓縮現象。在挖掘的過程中，東側基坑在挖掘至設計最大深度時形變到達最大程度，但是地鐵隧道的西側開挖面積相較于東側而言較大，所以最終的形變表現為向西側的形變。

3 基于工程施工實踐得出的經驗與結論

1)在對稱開挖和非對稱開挖的選擇中，需要在數據分析的基礎上做到科學合理，使形變量縮小至最低水準。經過上述工程建設實踐可以看出，如果可能采取對稱開挖的方式進行施工則需要盡可能的采取對稱開挖的方式，如果采用非對稱開挖的方式則需要通過其他方式保證對周圍的影響控制在合理的范圍之內。

2)在上述的工程建設的過程中，有多種建設方案，最終基于數值計算結果選取了最為合理的施工工程方案。通過對多種方案進行幾個維度的對比，得出深基坑挖掘過程中采用不同的挖掘順序對施工地區周邊的地鐵隧道的縱向位移以及形變程度影響不大。

3)在選擇非對稱施工的工程建設過程中，施工區域周邊地鐵隧道位移和影響往往在一側的深基坑挖掘至最深時周邊地鐵設施的形變量達到最大程度。但是這種單側的形變會逐漸隨著深基坑另一側挖掘工作的推進，另一側的形變程度會逐漸降低。因此，在選擇非對稱深基坑挖掘建設時，在挖掘其中一側時要加強對周邊設施形變和影響程度進行及時監測，保證周邊設施的安全和穩定性。