軟土地層鄰近隧道深基坑變形控制設計分析與實踐

王衛東，李 青，*，徐中華

(1.華東建筑設計研究院有限公司，上海 200011；2.上海基坑工程環境安全控制工程技術研究中心，上海 200011)

0 引言

隨著我國城市規模的擴張和人口的不斷聚集，大中型城市所面臨的交通擁堵問題愈發突出，利用地下空間修建隧道成為緩解城市交通壓力的有效途徑。軟土地區的城市隧道主要包含采用盾構法施工的地鐵隧道以及越江隧道等類型。截至2020年底，我國已有超過40個城市開通了地鐵，地下軌道交通的發展使得地鐵周邊地塊得以充分開發利用；同時，隨著越江隧道數量的逐漸增多，城市中鄰近隧道的深大基坑工程項目不斷涌現。近年來，鄰近既有隧道基坑工程的規模越來越大、距離越來越近，例如：上海世博會A片區綠谷項目一期，距離運營中的西藏南路越江隧道10 m，基坑面積達3.8萬m2[1]；寧波綠地中心項目，基坑總面積達4.1萬m2，距離地鐵2號線隧道最近處11.5 m。對這種超大面積基坑往往劃分為多個基坑先后實施，設計時需要充分考慮基坑分區實施對隧道影響的疊加效應。另外，基坑的深度越來越大，例如：上海外灘596地塊項目，距離運營中的9號線隧道僅為7.8 m，基坑開挖深度達17.1 m[2]；上海中美信托金融大廈基坑距離12號線隧道最近處約10 m，最大開挖深度達19.35 m。

基坑開挖不可避免地會打破基坑周邊原有土體的應力場平衡，使周邊地表及土體產生變形和位移，導致已運行的地鐵隧道產生附加內力與變形。為保證既有地鐵隧道及相關設施的安全運行，各地制定了相應的控制指標，對地鐵及隧道的水平及豎向位移、變形曲率半徑等進行了嚴苛的規定[3-4]。嚴格的地鐵及隧道結構控制指標對鄰近隧道的基坑工程設計和分析提出了很高的要求。但在軟土地區，一方面，由于地下水位較高、土體含水量大、靈敏度大、強度低且具有較大的流變性，將基坑及鄰近隧道變形控制在合理范圍內的難度大大增加；另一方面，深部承壓含水層對基坑及鄰近隧道變形的影響也不容忽視。

諸多學者根據實測數據圍繞基坑開挖對鄰近地鐵隧道影響開展了大量的研究工作。例如：王立峰等[5]以某城市鄰近地鐵1號線基坑工程為背景，分析了基坑支護結構特征及開挖時空效應對地鐵隧道的影響；張立明等[6]對天津某鄰近地鐵隧道基坑開挖引起的隧道結構變形進行了實測和分析；丁智等[7]統計了杭州某項目基坑開挖與隧道結構變形的相互關系。但上述研究主要關注基坑開挖對隧道結構變形的影響規律，而關于如何控制基坑開挖引起隧道變形的設計方法研究較少，或者只是針對某一個工程提出的具體方法，缺乏系統介紹軟土地層中鄰近隧道深基坑變形控制設計分析方法的相關報道。

筆者結合近年來在軟土深基坑領域的工程實踐和理論研究成果，首先重點闡述了鄰近隧道深基坑變形控制設計方法，結合實際工程案例主要介紹了基于分區設計、軸力自動補償鋼支撐、坑內土體加固、坑外隔斷以及承壓水控制設計方法；同時，針對基坑開挖對隧道影響評估難的問題，提出了基于小應變本構模型(HS-Small模型)的數值分析方法，以期能夠為鄰近隧道深基坑工程項目的設計和施工提供參考。

1 鄰近隧道深基坑變形控制設計方法

1.1 分區設計方法

分區設計是指將1個大基坑分成2個或更多的小基坑進行施工，不同基坑可采用順作法施工，也可結合周邊環境及變形控制要求采用逆作法施工。對于面積較大的基坑工程，每層土方開挖后無支撐暴露的時間較長，支撐形成后其自身的收縮或壓縮變形也較大，因此不利于基坑變形的控制。如將較大的基坑分成若干個小基坑，則每個小基坑的施工速度、支撐的可靠度均能得到保證，相應各分區基坑的變形也能得到較好的控制，從而能夠將基坑整體變形和對鄰近隧道的影響控制在合理的范圍內。

如圖1所示，軟土地區鄰近隧道的基坑分區設計一般是將整個基坑分成鄰近隧道側的狹長形小基坑，以及遠離隧道的大基坑。其中，狹長形小基坑寬度一般為20 m左右，長度控制在50 m左右；遠離隧道的大基坑的單個基坑面積在上海地區通常限制在10 000 m2以內，以盡量減小單次卸載對隧道的不利影響。大基坑采用順作法(或逆作法)先施工，在其地下室結構施工完成后再進行狹長形小基坑的開挖。大基坑施工時，由于有臨時隔斷圍護墻和窄條基坑加固體的隔離作用，鄰近隧道受到基坑開挖的影響較小；而當狹長形小基坑施工時，由于其寬度小，挖土非常迅速，大大減小了無支撐的暴露時間。

(a)分為2個基坑 (b)分為多個基坑

上海南京西路1788地塊項目基坑開挖深度為15.5 m，基坑總面積為1.1萬m2，距離地鐵2號線隧道最近處11 m。如圖 2所示，通過將基坑分為鄰近地鐵的Ⅱ區狹長基坑(2 100 m2)和遠離地鐵的Ⅰ區大基坑(8 000 m2)，基坑開挖完成后，遠離地鐵Ⅰ區基坑地下連續墻最大水平位移達77.4 mm(測點QX11)，而鄰近地鐵側Ⅱ區地下連續墻最大水平位移僅為23.6 mm(測點QX4)。2號線隧道在基坑施工期間的最大豎向位移控制在6 mm以內，保障了地鐵2號線的運營安全。

(a)基坑分區設計(單位: mm)

而對于面積較大的基坑工程，可將遠離隧道的大基坑進一步劃分為2個或以上的分區(見圖1(b))。寧波綠地中心項目包含5幢高層辦公樓和公寓樓，整體設3層地下室，基坑面積達4.1萬m2，開挖深度為15.9～18.1 m，西側距地鐵2號線區間隧道最近11.5 m、距離車站最近處23.5 m。如圖3所示，將地下室分為7個大基坑(Ⅰ—Ⅵ區，Ⅱ區包含2個大基坑)，靠近隧道范圍內設置了3個狹長形小基坑(Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C)。基坑分3個階段實施：1)開挖Ⅰ、Ⅱ-E及Ⅲ區基坑；2)待上述基坑地下結構完成后，開挖Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-D、Ⅳ及Ⅴ區；3)開挖Ⅱ-C、Ⅵ區基坑。

(a)基坑分區平面布置

如圖4所示，緊鄰隧道地下連續墻最大測斜發生在測點CX15和CX16處，測斜值分別為11.3 mm(0.07%H，H為基坑開挖深度)和10.3 mm(0.06%H)，遠小于常規地鐵側基坑0.14%H的變形要求。而對比開挖深度及圍護體基本相同的Ⅲ區CX24測點，基坑完成后地下連續墻最大測斜為46 mm(0.29%H)。這說明遠離隧道Ⅱ-E區大基坑開挖期間，未開挖的Ⅱ-A區、Ⅱ-B區狹長小基坑起到了很好的隔離作用。鄰近隧道狹長形小基坑開挖期間，CX15和CX16處地下連續墻測斜分別增加了23.8 mm和21 mm，是大基坑開挖引起變形的2倍，這說明控制狹長形基坑施工期間的圍護變形對于減小整個基坑開挖對鄰近隧道的影響至關重要，地下結構完成后隧道的最大沉降為17 mm，小于管理部門提出的20 mm的變形控制要求。

(a)地下連續墻測斜

1.2 軸力自動補償鋼支撐系統

上海軟土地區遠離地鐵大基坑通常采用十字正交布置的鋼筋混凝土支撐。如圖2所示的1788地塊項目的 Ⅰ 區基坑，十字正交支撐傳力明確，有利于控制面積較大的基坑變形。對于狹長小基坑，由于基坑距離隧道較近，支撐既要具有足夠大的剛度，同時也需要滿足施工速度快的要求。通常首道支撐采用鋼筋混凝土支撐，增強圍護墻頂口約束，其余支撐采用無圍檁的鋼支撐體系，每根鋼支撐設置軸力自動補償系統施加預應力。相較傳統鋼支撐預應力一次性施加完成，后續軸力變化情況無法監控和調整，采用軸力自動補償系統的鋼管支撐可以有效控制圍護結構的最大變形及變形速率；開挖過程中，實時監測變形和鋼支撐預應力損失數據，根據監測結果自動進行軸力補償，從而達到在整個開挖過程中實時控制圍護墻和鄰近隧道變形的目的。

上海黃浦江南延伸地塊項目包含9個地塊，整體設置3層地下室，項目西側為地鐵11號線龍耀路車站及區間隧道。其中，夢中心F地塊位于西側中間位置，基坑總面積約1萬m2。為降低基坑開挖對鄰近西側地鐵設施的影響，將基坑分為F1、F2-1、F2-2、F2-3 4個區域，先實施遠離地鐵的F1區大基坑，待地下結構完成后，再依次開挖F2-1、F2-2及F2-3區，如圖5所示。鄰近地鐵窄條基坑F2區豎向設置5道支撐，第1道為混凝土支撐，第2—5道均為軸力自動補償鋼管支撐，如圖6所示，開挖過程中通過液壓系統進行軸力控制，預加軸力分別為1 200、1 500、1 800、2 000 kN。

(a)平面圖 (b)A-A剖面圖

圖6 鄰地鐵F2區軸力自動補償鋼支撐實景

基坑開挖階段，鋼管支撐的安裝進度需和挖土速度相互匹配，原則上12 h內完成1個工作區段的開挖與安裝，盡量減少基坑的無支撐暴露時間。開挖階段應根據設計要求分階段控制累計變形，根據監測數據及時調整施加軸力大小，從而控制最終的累計變形量。3個鄰近地鐵的窄條基坑各階段圍護體最大變形如表1所示。從監測數據來看，底板澆筑完成后，圍護體最大變形在9 mm以內，這說明軸力自動補償鋼支撐對控制狹長小基坑開挖階段的變形效果顯著。整個開挖過程中地鐵車站和附屬設施的沉降小于3 mm，充分保證了地鐵的運營安全。

表1 F2區鄰地鐵側圍護體最大測斜

1.3 坑內土體加固設計方法

1.3.1 加固體布置

鄰近地鐵及區間隧道的基坑，通常在鄰近地鐵一側設置狹長形小基坑，并對小基坑范圍內土體進行滿堂加固，在地鐵隧道與大基坑之間形成隔離屏障。對于遠離的大坑被動區進行裙邊加固，增大被動區土體抗力。

上海外灘596地塊項目位于上海黃浦區，整體設置3層地下室。如圖7所示，S1、S2基坑面積分別約為4 626、3 144 m2，開挖深度約為17.15 m。S1、S2地塊基坑距離9號線隧道最近距離分別為8、7.8 m。2個基坑分別劃分遠離隧道的A區、緊鄰隧道的B區(狹長小基坑)，并先后順作實施。采用三軸水泥土攪拌樁進行坑內土體加固，S1-A、S2-A 區被動區加固寬度為8.0 m，加固深度自地表至基底以下5 m，其中基底以上三軸水泥摻量為10%，基底以下水泥摻量為20%。S1-B、S2-B區加固深度自地表至基底以下10 m，滿堂布置，水泥摻量20%，三軸攪拌樁與圍護墻之間的空隙采用高壓旋噴樁填實。鄰近隧道的狹長形加固體對隧道起到了較好的保護作用，兩側基坑全部完成后，隧道最終僅發生12.9 mm的豎向隆起[2]。

(a)加固平面

當基坑緊鄰隧道時，對基坑開挖引起的變形要求苛刻，此時坑內土體加固可采用全方位高壓噴射注漿法(MJS工法)。它通過高壓噴射流切割土體并與土體攪拌形成水泥土加固體，具有強制排漿、可調控地內壓力等功能，對周邊環境影響小，最大成樁直徑可達4.2 m，最大成樁深度可達60 m。近年來在鄰近地鐵及隧道基坑項目中廣泛應用并取得了很好的變形控制效果。

1.3.2 土體加固效果

土體加固后其水平基床系數kH(kH=mz，其中，m為比例系數，z為開挖對土體的影響深度)將會發生改變，加固后土體剛度是控制基坑開挖變形的關鍵因素。筆者團隊收集了上海地區6個鄰近地鐵隧道的工程案例，各項目名稱、基坑面積、開挖深度、支護結構形式和土體加固形式見表2。結合Ucode反分析軟件和Abaqus有限元分析軟件，根據圍護墻的實測變形，對基坑平面桿系結構彈性支點法中土層參數m值進行反演分析[8]。

表2 用于m值反分析鄰隧道基坑工程案例概況

將反分析得出的加固前后土體m值進行對比，如表3所示。由表可知，地基加固能夠明顯增大土體m值，提高土體抗變形能力，從而減小基坑開挖變形。基于上述上海地區收集的工程測試資料的反分析結果可知，經過可靠有效的土體加固后，加固體無側限抗壓強度和基床系數可提高2～3倍。

表3 反分析得出加固前后土層m值對比

1.4 坑外隔斷設計方法

隔斷法是在基坑外側與隧道之間設置隔離樁，在變形的傳播路徑上加以阻隔，從而達到降低對既有隧道影響的目的。隔離樁深度應穿越潛在滑動面，一旦基坑外側土體產生滑移變形時，隔離樁通過其抗剪及豎向抗拔能力抑制土體向基坑方面的滑動，從而減少圍護墻體變形和基坑底部土體隆起。墻后土體發生沉降時，隔離樁能夠提供一定的樁側摩阻力，限制墻后土體和隧道的豎向變形。

隔離樁通常采用鉆孔灌注樁，如前文所述的寧波綠地中心項目基坑，圍護體施工前，在基坑與2號線隧道之間施工φ600@750的鉆孔灌注樁作為隔離樁，樁長32 m，距離隧道凈距最小處6.5 m(如圖8所示)。相關研究表明：隔離樁距離隧道越近，基坑開挖對既有隧道變形的影響越小[9]。但同時應注意控制灌注樁施工對既有隧道的影響，因此需要保證樁與隧道具有足夠的安全距離。例如：上海市規定在隧道邊緣以外3 m內，不允許進行任何工程施工。

1.5 承壓水控制設計方法

1.5.1 隔-降-灌一體化設計

沿江沿海軟土地區的承壓含水層分布廣泛、厚度大且相鄰承壓含水層存在相互連通的情況。承壓含水層水頭壓力大、含水量豐富，控制不當可能會引發基坑突涌，危及運營隧道設施的安全。因此，基坑設計需采取必要的措施控制承壓水對隧道的影響。

對于承壓含水層埋藏深度較淺或厚度較小的基坑工程，設計中可設置較深的地下連續墻隔水帷幕，穿越承壓含水層并進入相對隔水層一定的深度，以隔斷基坑內外承壓水的水力聯系，然后采用常規的基坑疏干降水的方式即能解決承壓水的問題[10]。

對于較厚的深部承壓含水層，無法完全隔斷時可設置懸掛帷幕，并進行坑內降水。懸掛帷幕應有足夠的深度，宜采用隔-降-灌一體化設計方案，并評估承壓降水對周邊環境的影響。首先，需開展現場承壓含水層抽水試驗，通過設置水位觀測井及地表沉降觀測點，得到抽水過程中含水層水位變化及地表沉降數據。根據試驗過程中水位變化、地表沉降曲線進行反演分析，分別得到承壓含水層水文地質參數及合理的土層沉降計算參數。然后，結合抽水試驗結果深化降水設計，確定承壓水減壓井(及回灌井)布置、數量、井的構造及合理的懸掛帷幕深度，并建立符合實際的基坑降水三維滲流分析模型進行滲流分析，得到承壓水降水引起的各土層水頭變化，進而預估降水引起的土體變形及對周邊環境的影響。當基坑周邊有對變形控制要求嚴格的保護對象時，可在懸掛帷幕和保護對象之間設置回灌井，在坑內抽水的同時通過坑外回灌井使基坑周邊被保護區域承壓含水層水位控制在允許范圍內，從而減小承壓水降水引起的周邊地層的變形和對保護對象的影響。

上海路發廣場基坑開挖深度為21.9 m，距7號線隧道14.8 m，⑦1、⑦2層為承壓含水層且相互連通，厚度超過35 m。如圖9(a)所示，采用1 m厚地下連續墻作懸掛帷幕，深度52 m，其中隔水段長15.65 m，墻底較減壓井濾管底深10 m。根據圖9(b)所示的降水影響分析結果，設置懸掛帷幕，坑內抽降承壓水對周邊隧道的影響可控。基坑開挖期間，實測坑內承壓水位降低約9 m，坑外水位僅降低0.9 m，實測區間隧道最大沉降僅3.5 mm，保證了7號線的正常運營。

1.5.2 超深等厚度水泥土攪拌墻隔水帷幕

上述2個案例均采用地下連續墻作為隔水帷幕，雖然隔水效果好，但是造價較高。超深等厚度水泥土攪拌墻技術為鄰隧道的基坑工程深層地下水控制提供了新對策，該技術根據不同成墻工藝可分為渠式切割水泥土攪拌墻技術(TRD工法)和銑削式水泥土攪拌墻技術(SMC工法)。這2項技術各具特點，可應對不同工程需求。

TRD工法是通過鏈鋸型刀具插入地基至設計深度后，全深度范圍對成層地基土整體上下回轉切割噴漿攪拌，并持續橫向推進，形成連續無縫的等厚度水泥土攪拌墻。SMC工法是通過鉆具底端的2組銑輪軸向旋轉、豎向掘削地基土至設計深度后，提升噴漿攪拌形成一定寬度的水泥土墻幅，并通過對相鄰已施工墻幅銑削作業連接形成等厚度水泥土攪拌墻。2種工法應用范圍廣，成墻質量均勻性好(如圖10所示)、強度高、抗滲性能好，適用于軟黏土、密實砂土、卵礫石及巖層等各類復雜土層。

(a)TRD工法 (b)SMC工法

與此同時，超深水泥土攪拌墻施工對周邊環境影響較小[11]，對緊鄰隧道的基坑工程具有較好的適用性。例如：上海新閘路西斯文理項目，基坑開挖深度為15.8～18.6 m，基坑周邊采用700 mm厚、50 m深等厚度水泥土攪拌墻(TRD工法)作為隔水帷幕，攪拌墻外側距13號線地鐵隧道最近處約2.8 m，如圖11所示，墻體施工期間隧道沉降僅1 mm，保證了地鐵隧道的正常運營。目前，超深等厚度水泥土攪拌墻技術在上海、蘇州、天津、南昌、武漢等幾十項基坑工程中均有應用[12-14]。

1.6 變形控制設計效果評價

筆者統計了上海、浙江等軟土地區20個鄰地鐵及區間隧道基坑的變形情況，如圖12所示，基坑均采用地下連續墻作為圍護結構。

高校擴招政策對城鄉之間不同收入群體的影響也存在著分化。其中，高校擴招政策對城鄉不同收入群體教育產生擴大的“馬太效應”，但在一定程度上縮小了城鄉間高收入群體的收入差距。

由圖12可知，鄰近隧道的支護結構最大測斜δhmax與基坑開挖深度H的比值分布在0.07%～0.41%，其中，整坑實施的基坑的圍護體最大測斜平均值約為0.22%H，遠小于徐中華等[15]統計的上海地區常規非地鐵側基坑工程圍護體最大測斜平均值(約為0.42%H)。這主要是由于鄰近地鐵的基坑一般采用剛度較大的地下連續墻作為圍護體，加之支撐往往采用間距較密的平面布置形式(如十字正交)，支護結構整體剛度加大，其抵抗水平變形的能力較強，因此總體上開挖引起墻體測斜較小。

圖12 地鐵及隧道側基坑變形情況統計

由圖12還可以看出，對于鄰地鐵采用分區實施的基坑，統計得出的圍護體最大測斜為0.15%H，平均值為0.11%H，數值僅為地鐵側整坑基坑變形的1/2，約為常規非地鐵側基坑變形的1/4。一方面，采用分區方案能夠有效保證各小分區開挖與支撐施工速度，特別是在軟土地層中，減少了無支撐暴露的時間，從而減小了基坑變形；另一方面，本文收集的分區實施基坑案例，同時采用了土體加固、坑外隔斷以及合理的承壓水控制方法，這些措施也能夠進一步減小緊鄰地鐵的圍護體變形。因此，綜合采用上述設計方法是控制地鐵隧道變形和保護其安全的有效手段。

2 基于小應變本構模型(HS-Small模型)的基坑開挖對隧道影響分析方法

2.1 土體小應變本構模型及參數

基坑開挖及對周邊環境影響是一個土體和結構相互作用的復雜問題，數值分析方法既能模擬復雜土層的力學特性和基坑開挖過程，也能定量得到土體和周邊環境的變形，廣泛應用于評估基坑開挖對周邊環境的影響。如圖13所示，土體在小應變(應變水平<0.1%)范圍內表現出初始剛度大、剛度隨應變增加而衰減的非線性特性。相關研究表明，基坑工程附近土體大都處在小應變的范圍內[16]。因此，當需分析基坑開挖對周邊環境影響時，宜采用能反映土體小應變特性的彈塑性本構模型[17]。

圖13 典型土體剛度遞減曲線

表4 上海典型土層HS-Small模型參數取值方法

2.2 基坑開挖對隧道影響分析案例

2.2.1 工程及設計概況

上海世博會A片區綠谷項目分為2期開發，其中綠谷一期項目基坑總面積約38 000 m2，周長約791 m，開挖深度為11.4～18.6 m，基坑西側鄰近西藏南路越江隧道，距離隧道最近處約10 m。

隧道采用大直徑泥水平衡盾構施工，隧道外徑為11.36 m，內徑為10.36 m，由8塊管片組成圓環,管片厚度為500 mm，環寬1.5 m，管片實施1/2搭接的錯縫拼裝形式。所在場地為上海典型土層分布，開挖深度范圍內的土層有①填土層、②粉質黏土層、③淤泥質粉質黏土層、④淤泥質黏土層及⑤1黏土層。24 m埋深以下分布有⑥暗綠色硬黏土層，下部分布有穩定的⑦砂質粉土、砂土層。

鑒于距離隧道較近，基坑采用分區設計方法。如圖14(a)所示，在西藏南路隧道一側劃分寬度約為15 m的狹長形基坑(Ⅱ區基坑)，剩余基坑分為Ⅰ區(面積16 000 m2)、Ⅲ區(面積19 000 m2)。基坑分區施工順序為：Ⅰ—Ⅱ-1、Ⅱ-3—Ⅱ-2、Ⅱ-4—Ⅲ。圍護結構采用剛度大的“兩墻合一”地下連續墻，普遍區域(東側、西側與北側)地下連續墻厚1.0 m，基坑南側及Ⅰ區與Ⅱ區、Ⅱ區與Ⅲ區隔斷墻采用0.8 m厚地下連續墻。Ⅰ區、Ⅲ區設置3道混凝土支撐，鄰隧道Ⅱ區狹長基坑采用混凝土支撐結合3道軸力自動補償鋼支撐[25]。Ⅰ區被動區土體設置8 m寬的裙邊加固，Ⅱ區土體采取滿堂加固(見圖14(b))。

(a)基坑平面及監測點布置圖

2.2.2 三維有限元模型及小應變參數

三維有限元模型包括了土體、圍護結構、水平支撐體系、鄰近西藏南路隧道。土體采用10節點楔形體實體單元模擬，鄰近隧道、共同溝和基坑支護墻體采用6節點三角形Plate殼單元模擬，水平支撐體系采用3節點beam梁單元模擬，立柱采用Embedded-pile模型模擬。計算模型約束條件為側邊約束水平位移，底部同時約束水平和豎向位移。整個有限元模型共劃分86 266個單元、131 663個節點。土體采用HS-Small小應變本構模型，結合本場地勘察報告和上海黏土小應變本構模型參數取值方法(見表4)確定計算參數，如表5所示。計算中，黏土采用不排水分析。

表5 土體HS-Small模型參數

2.2.3 計算結果分析

2.2.3.1 圍護墻及周邊土體變形

圖15(a)為基坑開挖完成后地下連續墻測斜云圖。靠近西藏南路隧道側的Ⅱ區基坑圍護結構變形要明顯小于東側、南側和北側，其中，Ⅱ區地下連續墻最大測斜為28.5 mm，Ⅰ區和Ⅲ區圍護結構的最大變形分別為63.2、80.8 mm。圖15(b)示出地下連續墻計算測斜與實測值的對比情況，計算得到的各個工況下的地下連續墻測斜形態及數值與實測曲線基本一致，可以看出設置狹長小基坑分區能夠較好地控制鄰近隧道側的基坑變形。

(a)地下連續墻變形云圖(單位: mm)

圖16為基坑開挖至基底時Ⅱ區基坑地下連續墻周圍土體剪應變等值線圖。從圖中可以看出，基坑影響范圍內土體剪應變均不大于0.3%，基本處在小應變的范圍之內。采用分區開挖后，靠近隧道側基坑周邊土體剪應變最小，說明采用土體小應變本構模型分析基坑變形是非常必要的。

圖16 綠谷項目Ⅱ區基坑地下連續墻周圍土體剪應變等值線圖

2.2.3.2 隧道變形

圖17示出距離基坑較近的東線隧道計算位移與實測值對比。在Ⅰ區地下室結構完成時的最大水平位移和豎向位移實測值分別為4.0、4.8 mm(對應計算值分別為5.8、4.4 mm)，Ⅱ區地下室結構完成時的最大水平位移和豎向位移實測值分別為7.0、8.6 mm(對應計算值分別為7.8、8.5 mm)。計算結果不僅在數值上與實測值吻合，隧道變形形態也基本一致：在基坑平面范圍內隧道產生的變形較大，隨著與基坑距離的增大，隧道水平及豎向位移均逐漸減小。

(a)水平位移

因此，采用基于小應變本構模型(HS-Small模型)，能夠較好地評估基坑開挖變形及對鄰近隧道的影響；同時，綜合采用分區、坑內加固等設計方法能夠有效控制基坑開挖對隧道的影響，保證隧道運營安全。

3 結論與建議

基坑對鄰近隧道的影響是一個非常復雜的土與結構共同作用的問題，鄰近隧道的基坑工程變形控制要求高、難度大。本文闡述了基于軟土地層鄰近隧道深基坑工程實踐總結形成的較為成熟的變形控制設計方法，主要包括分區設計、軸力自動補償鋼支撐、坑內土體加固、坑外隔斷以及承壓水控制等。綜合采取上述設計方法能夠達到良好的變形控制效果，總體能滿足地鐵及隧道變形控制和結構安全的要求。

1)分區設計能夠有效保證各分區的開挖與支撐施工速度，特別是在軟土地層中，減少了無支撐暴露的時間和基坑變形。通過在窄條形基坑中設置軸力自動補償鋼支撐能夠有效控制近接施工時隧道結構的變形。

2)基坑內被動區土體經過可靠有效的加固后，土體無側限抗壓強度和基床系數可提高2～3倍，能夠在源頭上提高基坑抵抗變形的能力，結合坑外布置的隔離樁可進一步在傳播路徑上減小基坑開挖對緊鄰隧道的影響。

3)承壓含水層較厚無法隔斷時應采用“隔-降-灌”一體化設計方法，充分評估承壓降水對隧道的影響。超深等厚度水泥土攪拌墻(如TRD、SMC工法)質量好、適用土層廣、施工環境影響小，為緊鄰隧道基坑工程深層地下水控制提供了新對策。

4)根據室內試驗和工程案例反演分析，首次提出了上海軟土地層小應變本構模型(HS-Small模型)全套參數的確定方法，基于小應變本構模型的數值分析方法為評估基坑開挖對隧道的影響提供了有效的技術手段。