深基坑施工對臨近地鐵盾構隧道的影響研究

黃鵬

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 430074）

地鐵是現代城市交通體系的重要構成，其對城市整體物化的改進有積極意義。在地鐵建成后，地鐵沿線的商業及住宅區水漲船高，一地難求。而在土地空間資源規劃的過程中，相關部門人員必須將地鐵隧道周邊的深基坑施工作為一項重要內容，加強對該項工作的課題研究。基于此，本文從有限元法對數值模擬分析的角度，闡述基坑設計和支護的關鍵環節。

1 有限元法對數值模擬分析的應用

隨著城市化建設的逐漸加速，無論是高層建筑還是地下工程施工，都涉及大規模基坑工程的開展，這類工程對周邊建筑物以及地鐵隧道存在潛在影響。客觀來說，作為現代城市交通體系的重要構成，地鐵對隧道的結構要求極其嚴格。因此，在展開周邊區域的基坑施工時，相關施工單位務必要綜合考慮隧道的安全性以及結構穩定性，這對于施工設計以及施工管理人員無疑是一項巨大的挑戰。從基坑開挖工作自身而言，其開挖面上卸荷會在一定程度上引起坑底土體的位移，從而在兩側壓力差的共同作用下，圍護結構向水平側位移，這意味著深基坑開挖過程中，周邊土層的移動是不可避免的。那么，科學預測坑底土體及圍護結構的位移就成為探究深基坑和施工對鄰近地鐵盾構隧道影響的核心工作。在這種情況下，相關部門人員可以借助巖土工程專業有限元軟件對三維有限運動展開分析，模擬基坑開挖的有限元數值，借助軟件分析推斷深基坑施工對地鐵隧道變形可能產生的影響，預測隧道的沉降和水平位移程度，從而為隧道結構穩定性的保護制定恰當的保護措施，在保證地鐵正常運行的基礎上展開其他施工作業。

2 工程概況

2.1 基坑支護形式

某建筑工程采取板式支護作為主體支護形式，設置了內支撐保護方案。與此同時，通過構建地下連續墻對基坑周邊區域施加保護。結合工程設計而言，其基坑周邊的絕大多數區域計劃采用鉆孔藏注樁井結合外側三軸水泥土攪拌樁進行止水帷幕，整體復合“對撐+角撐邊桁架支撐體系”兩道水平支撐特點。

2.2 地下水處理

在深基坑施工中，處理地下水屬于一項重點工作。以本次工程施工為例，其地下含水量極其豐富，同時基坑下方粉砂層透水性良好。因此，施工人員計劃借助壘砌的地連墻進行止水，同時選擇φ850三軸深攪樁作為止水帷幕，各處路段的止水可靠性有所保障。與此同時，出于對周邊生態環境的考慮，施工單位計劃在場地內部采用全封閉的止水帷幕。但是，在這一地下水處理方案設計過程中，人員需要重點注意風化粉砂質泥巖與粉質黏土層應保持的距離，將距離控制在1m以上。

2.3 支護保護

在設計地鐵周邊工程的深基坑施工方案時，相關單位和人員務必要考慮到避免沉降對地鐵隧道的保護。在止水帷幕深度不足的情況下，基坑底部可能會存在管涌問題，一方面，會影響后續施工進度；另一方面，會危及地鐵的平穩運行。因此，在施工過程中，施工人員需要對地連墻進入中風劃分砂質泥巖的深度、止水帷幕樁進入粉質黏土層的長度進行合理控制，保障止水體系的封閉性與有效性。而如果在抗擊施工過程中，樁端變形，樁底土塑性流動，也會影響支護結構的安全性和穩定性。針對這一問題，基坑支護設計人員應該適當增加支護樁的樁徑、樁長，避免出現支護結構變形問題，影響土方施工。

2.4 施工設計

在組織開展深基坑施工設計的過程中，設計人員必須從宏觀維度上對開發施工順序進行合理安排。尤其在涉及大規模深基坑工程施工方案時，必須嚴格按照行業規范標準，采用分區、分層、分段、分塊的基本設計原則，開挖抽槽，形成中間支撐和端頭支撐，盡可能縮減無支撐區域的范圍，避免出現施工環節的遺漏，確保深基坑開挖符合規范要求。具體來說，在施工設計過程中，人員必須對以下幾項工況步驟進行科學設計：（1）在開挖溝槽的過程中，施工人員需要依次對深攪樁、鉆孔灌注樁、地下連續墻、立柱樁、工程樁及降水井進行施工。（2）在奉行分區、分層、分段、分塊的施工原則的過程中，當將土方挖至第一層支撐底標高的情況下，應注意對樁頂圈梁和第一層鋼筋砼支撐進行澆筑。將土方挖至第二層支撐底標高時，對鋼筋砼圍檁和第二層鋼筋砼支撐進行澆筑。將土方開挖至底板墊層底標高時，澆筑砼墊層。值得注意的是，施工人員需要適時觀察等墊層的設計強度，在確定其達到行業所要求的標準后，才可對基坑內的坑中坑土方展開作業。（3）在按施工流程分別對第二層鋼筋砼支撐、負一層樓板、負一層側墻進行施工后，在保證施工強度的基礎上做好施工防水工程，并回填夯實基坑側壁土方。

3 計算模型及分析

3.1 計算模型

借助有限元軟件對幾何模型進行三維分析，計算模型的長、寬和深度，但在這一過程中必須充分考慮基坑開挖的影響范圍。與此同時，在對土體進行模擬時，需要采用實體單元，而在對地下連續墻、地鐵站、隧道襯砌進行模擬時需要采用板單元，注意截面換算剛度。

3.2 分步施工

在建立模型以及后期的模型分析中，相關施工人員同樣需要分層分步開展。首先，在模型初始化階段，人員需要連續對地下連續墻、地鐵站，隧道襯砌等板單元進行激活處理。隨后，分別開展地下連續墻施工、基坑初次分區域分層施工、基坑第二次分區域分層施工、基坑第三次分區域分層開挖施工，并設置第一道、第二道支撐。

3.3 結果分析

通過對建立的模型進行分析，各施工階段隧道沉降的位移變化存在顯著差異。其中，施工階段正負最大向位移均達到最大數值。與此同時，在側向基坑支護開挖和基坑支護的過程中，存在隧道結構的最大水平位移為和絕對沉降最大隆起，但均符合地鐵保護絕對沉降量技術標準要求。

4 深基坑施工對臨近地鐵盾構隧道的影響

4.1 支撐影響

地鐵臨近工程的深基坑施工對于基坑的跨度、支撐的穩定性相對較高，結合現有的施工經驗來看，為達到這一施工要求，相關施工單位以及人員可以通過架設豎向立柱來確保其在平面外的穩定，通過架設桿件截面或縮短桿件計算長度來確保其在平面內的穩定。

隨著現代施工技術的更新迭代速度逐漸加快，以型鋼組合支撐體系作為代表的新體系在地鐵周邊工程的盾構施工中得到廣泛應用，具備整體性、獨立性以及連接性特點，在一定程度上降低了桿件平面內穩定性以及臨界荷載，減弱了周邊土體約束力。整體來說，在地鐵盾構施工的過程中，為達到抵抗土體自重壓力的目的，施工設計人員會設計隧道圍巖結構，同時設置型鋼組合支撐體系，用以加強整個體系側面的剛度。

4.2 圍護影響

深基坑施工對臨近地鐵盾構隧道的圍護體系的影響也是施工中務必重點考慮的問題。此時，施工人員需要嚴格按照已有的施工方案打造包括鉆孔灌注樁、SMW三軸止水樁在內的圍護裝置后，借助儀器設備測量相鄰基坑的地鐵隧道周圍環境的水平移動情況，將實際測量結果和理論結果相對比，并給出檢測報告。在考察與分析了深層土體位移的曲線后，相關工作人員發現幾個檢測位置的測量結果和預期結果相一致，實踐和理論基本吻合。而在深基坑施工對臨近地鐵盾構隧道結構穩定性的影響層面。在傳統的施工模式下，鋼筋混凝土支撐憑借易成形、截面剛度大、受外力因素影響發生形變的可能性較低且應用領域廣等特點，而受到了施工單位的青睞，被應用于基坑施工中。而型鋼組合支撐的優勢在于其從承受壓力的型鋼中架設了連系梁，使整個體系呈現出網狀的結構，平面內外的穩定性均得到加強，削弱了工程施工對于臨近地鐵盾構隧道穩定性的影響，符合施工要求。

5 結語

綜上所述，分析并應對深基坑施工對臨近地鐵盾構隧道的影響是現代工程深基坑施工中不容忽視的重要問題。因此，施工單位要借助有限元模型對相關數值展開計算分析，針對具體的施工方案推斷臨近地鐵隧道的下沉高度和平行移動的距離，關注支護結構的穩定性以及支護體系外的環境的變形等問題，根據具體情況制定有效的應對舉措，避免出現建筑不均勻沉降問題，保障工程建設的合理性以及安全性。