臨近地鐵隧道的深基坑開挖研究

林曉中

（廣東裕達建設集團有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

伴隨城市建設持續發展，為更為合理地利用有限的城市空間，臨近于地鐵隧道線路開展建筑項目工程施工建設情況逐漸增多。那么，在實施開挖基坑作業期間，既有的地鐵隧道極易有位移、管片開裂、上浮、內力變化、變形等問題現象發生。地鐵實際運營期間往往對軌道有著極高平整度層面要求，需對地鐵隧道總體結構變形加以把控。故而，圍繞基坑開挖作業期間對于周邊地鐵隧道所產生影響實施精準評價分析，選定最適宜臨近于地鐵隧道位置開挖深基坑作業方案較為必要且重要。本文主要圍繞臨近于地鐵隧道位置開挖深基坑作業開展深入研究。

1 工況

某工程項目內含38層高度辦公樓、會所和商業樓均各三層，該建筑與地鐵二號線隧道外側線距離3.8m，基坑總體占地面積是4400m2、其隧道頂部埋深是-12.70m、9.2m開挖深度，從屬深基坑項目工程，該建筑基礎為鉆孔的灌注樁和厚承臺板。該項目工程施工區域內土體結構自下而上分別是：

（1）黏土。3.00~5.60m層厚、中高壓縮性、飽和軟塑、地下水位處于地面0.5m位置。

（2）灰和淤泥質地黏土。7.40~10.0m層厚、夾帶薄層粉砂、中壓塑性、流塑。

（3）灰色淤泥質地粉質黏土。2.55~5.60m層厚、夾帶粉砂薄層、中高壓縮性、飽和。

（4）黏土。0.5~2.1m層厚、內含鐵錳結核與云母。

（5）雜填土。1.00~3.40m層厚，內含素填土、石子、夾碎磚等。工程項目施工位置地鐵隧道地處較大流變性、低強度性、高壓縮性、高含水量飽和性的軟黏土層內，必將容易因臨近開挖深基坑作業所致周邊的土層出現位移問題。施工作業工藝及其參數層面，初選先中間再周邊盆挖土手段，實現分區、分層、分塊、限時、平衡、對稱等挖土支撐。在基坑圍護部分，選用18m深地下部分連續墻，鋼混壓頂式圈梁墻頂應設于墻頂部位置，對維護結構整體性可起到增強作用。基底以下部分借助水泥的攪拌樁予以滿堂加固處理，地鐵隧道的側向位置加固10m寬度，摻入15%水泥，基底以上則是8%；針對地墻和深層的攪拌樁所在加固區縫隙位置予以壓密注漿處理。因基坑深度是9m，所以水平支撐需設兩道。

2 工程實踐

雖現階段對隧道變形層面有著嚴格要求，其結構絕對性最大位移需把控至20mm范圍，變形曲線實際曲率半徑需超過15000m，實際相對彎曲限定于1/2500范圍。為確保地鐵維持正常的運行狀態，需認真分析臨近隧道基坑施工作業方案，結合基坑開挖具體實施過程，實施工況簡化處理及有限元運算模擬分析。第一種工況是加固坑底部土體；第二種工況是實施首層土體開挖，加固首道的鋼支撐；第三種工況是實施第二層的土體開挖作業；第四種工況是實施第三層的土體開挖作業；加固第二道的鋼支撐；第五種工況是實施坑底部土體開挖作業，并及時落實底板及墊層作業[1]。以上這幾種工況均涉及開挖作業、加固土體、底板作業，因而，以有限元Plaxis系統軟件實施建模分析，結合實際工況實施運算分析，坑底部土體加固深度以4m為宜，底板位置則以1.5m為宜。

2.1 在有限元的彈塑性層面

Mohr-Coulomb基礎模式，從屬土力學當中雙參數常用模型，十分精確且簡單，在土體的運算分析當中廣泛應用。結合Mohr-Coulomb基礎模式，針對土體破壞能夠借助如下列式加以把控：τ=c+tanφ。在該列式當中，φ代表摩擦角、c代表黏聚力。該列式表明了土體平面當中抗剪強度由平面內部某個點正向應力所決定。針對線彈體性，其應力和應變的增量是{Δσ}=[De]{Δε}；針對彈塑性體列式即為{Δσ}=[Dep]{Δε}。

2.2 在土體位移層面

基坑開挖予以卸載處理過后，因擋墻后部分土體存在著是問現象，有新位移出場形成，以至于地鐵隧道極易有位移現象發生。土體變形通常是豎向變形，基坑底部為豎向的變形量最大參值，土體變形實際影響范圍大致是2倍的基坑深度[2]。土體的水平方向上面呈小變形量狀態，基坑底部和隧道中間位置土體為最大參值，擋墻后部分土體產生較大水平位移。

2.3 在變形和受力層面

經分析了解不同工況環境之下的隧道變形具體情況，縱向坐標負值代表著隧道向下位置移動，而正值代表隧道向上位置移動。有限元科學分析結果與工況后段實測數據、實際情況相吻合，表明了實施有限元的分析方法對隧道變形加以分析極具可行性、有效性。在前兩個不同工況之下，實際所測得新書數據和具體分析結果存在著差異性，這主要因前面兩個工況之下實施有限元的分析期間，認為已經完成基坑底部位置土體加固處理，基坑水位逐漸降到基坑的底部位置，這一過程中少量土體開挖，開挖卸荷作用未能占據主導地位。故基坑周邊土體會有向下較大位移場產生，帶動著隧道逐步向下移動，以至于最終實施運算分析期間，有限元負值計算結果及其實測信息數據均表明了：隧道變形小于20mm，可滿足于隧道變形層面要求；不同工況之下施工作業節點，其基坑底部的土體上浮實際變形最大參值往往不同。經分析縱向坐標的正負定義可了解到，前面兩個工況環境之下，其基坑底部的土體加固及基坑降水均起到一定主導作用。因而，基坑底部位置最大土體變形是負值，伴隨開挖土層實際深度持續增加，所在土體自身卸荷作用隨之增強[3]。因而，基坑底部的土體會有大上抬現象產生。通過分析基坑開挖不同階段擋墻自身所承受彎矩情況可了解到，伴隨開挖深度持續增長，擋墻彎矩也呈急劇增長狀態，實施第三層部分土體開挖和第二道支撐施加期間可達最大參值。基坑底部周邊擋墻彎矩處于開挖階段均處于最大狀態。

2.4 在對比不同施工手段下有限元的分析層面

地鐵臨近位置基坑施工作業，要求技術員務必時刻保持謹慎性的作業態度，做好多種作業方案的比較分析工作。以第一種作業方案為基礎，借助有限元的分析方法，針對不同坑底部的加固處理深度（第二種方案）、不同開挖作業時間（第三種方案）對于隧道所產生影響實施細致分析。第二種方法之下，坑底部加固處理深度是6m，第三種方案是完成開挖作業，待24h之后實施下個開挖節點。經不同作業施工方案之下各階段隧道變形情況細致分析可了解到，伴隨坑底加固出來實際深度持續增長，基坑開挖作業對于隧道所產生上浮影響呈縮小趨勢，但增加其加固處理深度，在施工作業初期對隧道所產生下拉作用相對較大，一致于隧道向下位置發生變形。相對比第一種作業方案，第二種方案加固處理深度增加較少一些，各種工況之下變形和第一種方案相比明顯少；第三種方案變形曲線分析可了解到，其會促使基坑開挖作業對周邊隧道產生影響逐步減少，隧道所產生上浮變形得以降低，表明了開挖基坑作業期間需著重考慮到時間因素。可以說，地鐵臨近位置開挖基坑，只要選定最具科學合理性施工作業方案，便可確保施工作業對于地鐵隧道所產生影響得以縮小，確保項目建設順利實施。

3 結語

綜上所述，本文為更好地分析臨近于地鐵隧道位置開挖深基坑作業，以某臨近于地鐵隧道的深基坑項目工程為實例，依照著實際工程項目施工作業程序，借助Mohr-Coulomb基礎彈塑性系統模型，通過有限元的彈塑性科學分析方法，對基坑開挖作業全過程實施有效模擬。從有限元最終結果當中可了解到，分析結果表明，基坑開挖極大地影響著臨近的鐵路隧道。隧道位移實際運算結果和實測信息數據相匹配，表明了這種有限元的分析方法可以數值計算形式在項目施工作業模擬分析當中發揮關鍵性作用，可對此類題實施有效性模擬分析，為項目工程設計者、施工技術員門提供更具精準度計算數據。經對不同作業方案對于鐵路隧道所產生影響分析可了解到，基坑底部位置加固深度及其開挖作業過程中，時間層面因素對最終隧道變形有著極大影響，需廣大設計者、施工技術員們著重考慮到時間因素實施作業方案選定。總體上來說，選定科學合理、有效性的施工作業方案，則開挖基坑作業期間對于周邊地鐵隧道所產生各種影響均可得以縮小，可確保深基坑的開挖項目工程得以高效完成施工建設活動。