不同支護(hù)方案下深基坑開挖對(duì)鄰近軌道變形控制研究

金 鵬，余祥興，龍萬學(xué)，何 健，*，姜 波

（1.貴陽市城市軌道交通集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

深大基坑開挖對(duì)環(huán)境的影響超過其變形控制限值時(shí)，傳統(tǒng)以強(qiáng)度控制的基坑設(shè)計(jì)思路已不再適用，需考慮以變形控制為目的的基坑設(shè)計(jì)方法來確保周邊環(huán)境及基坑安全。當(dāng)前，隨著城市化進(jìn)程加深，受“地鐵經(jīng)濟(jì)”效應(yīng)帶動(dòng)，城市軌道周邊涌現(xiàn)大量深大基坑工程項(xiàng)目，嚴(yán)重影響軌道交通營運(yùn)安全，相較于其他構(gòu)筑物而言，軌道交通環(huán)境敏感性更高，基于其本身特點(diǎn)，一旦受影響發(fā)生失穩(wěn)，后果是災(zāi)難性的，這給其周邊深基坑工程變形控制提出了更為嚴(yán)格的要求。因此，如何采取行之有效的變形控制支護(hù)措施對(duì)確保基坑開挖及軌道營運(yùn)安全意義重大。

王衛(wèi)東等[1]結(jié)合大量基坑工程設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)研究了不同敏感環(huán)境下基于變形控制的基坑工程設(shè)計(jì)方法；楊慶年等[2]依托工程實(shí)例探究了地連墻不同埋深條件下基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近高架橋樁變形特性；王翠等[3]基于數(shù)值計(jì)算與監(jiān)測對(duì)比研究了基坑開挖對(duì)鄰近橋樁作用機(jī)制，并探討了圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)土體變形控制效果；李龍建[4]采用彈塑性有限元法分析了不同加固方案對(duì)控制橋梁樁基的變形作用；鄭剛等[5]研究了不同維護(hù)結(jié)構(gòu)變形形式的基坑開挖對(duì)鄰近建構(gòu)筑物的影響；鄭鳳先[6]通過改變隔離樁設(shè)計(jì)參數(shù)，研究了地鐵深基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響；王恒等[7]研究了基坑開挖與鄰近橋樁的相互作用機(jī)理，并提出相應(yīng)的加固支護(hù)方案；胡軍[8]基于數(shù)值分析與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，研究了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與橋梁樁基受基坑開挖的影響規(guī)律；李琳等[9]就圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、鄰近橋樁結(jié)構(gòu)參數(shù)變化等對(duì)鄰近樁基的影響規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究；王菲[10]據(jù)現(xiàn)行規(guī)范構(gòu)建了高速鐵路安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，通過有限元分析了深基坑開挖對(duì)高速鐵路影響并進(jìn)行評(píng)價(jià)；馬寧[11]基于樁錨方案研究了建筑基坑開挖對(duì)鄰近高鐵路基的影響；方浩等[12]研究了不同影響因素下基坑開挖對(duì)運(yùn)營高鐵路基影響；江智鵬[13]研究了不同基坑開挖施工方式對(duì)既有軌道交通結(jié)構(gòu)的影響；萬仙逵等[14]依托工程實(shí)例，基于數(shù)值分析對(duì)基坑支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化研究。上述學(xué)者從基坑開挖影響機(jī)理、變形控制措施等方面開展了大量研究工作，取得了豐富的成果，對(duì)于基坑工程開挖設(shè)計(jì)具有較大參考價(jià)值。

總體而言，當(dāng)前對(duì)于基坑開挖同時(shí)鄰近既有軌道高架橋及路基的工況較為少見，基坑與軌道相互作用機(jī)理復(fù)雜，基坑開挖對(duì)其影響范圍、影響程度及軌道結(jié)構(gòu)受力變形特征仍不甚明確，急需開展進(jìn)一步研究；而且，在進(jìn)行基坑開挖三維數(shù)值仿真分析時(shí)模型不夠精細(xì)化，鄰近基坑高架橋通常只構(gòu)建橋梁樁基及承臺(tái)模型，上部結(jié)構(gòu)多以附加應(yīng)力形式施加，這對(duì)于進(jìn)行結(jié)構(gòu)影響性分析時(shí)存在較大誤差；目前基坑開挖對(duì)軌道影響安全控制限值尚未有系統(tǒng)性規(guī)定，在進(jìn)行影響評(píng)價(jià)時(shí)存在諸多不便；此外，基坑施工監(jiān)測多采用傳統(tǒng)監(jiān)測方法，其監(jiān)測周期長，受周邊環(huán)境干擾大，數(shù)據(jù)離散性大，對(duì)于軌道這類高靈敏構(gòu)筑物評(píng)價(jià)有一定局限。基于此，本文在全面參考現(xiàn)行規(guī)范與地區(qū)基坑開挖變形控制經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，首先開展基坑開挖對(duì)軌道影響安全控制標(biāo)準(zhǔn)研究，隨后基于土體小應(yīng)變剛度特性建立基坑三維數(shù)值仿真精細(xì)化模型，研究不同支護(hù)方案下基坑變形控制效果及最佳方案，并對(duì)最佳方案支護(hù)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化分析，最后基于所采用的最優(yōu)支護(hù)方案，在基坑開挖施工全過程中對(duì)鄰近軌道及支護(hù)結(jié)構(gòu)采用分布式光纖進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測并開展安全評(píng)價(jià)工作。

1 基坑開挖變形安全控制標(biāo)準(zhǔn)研究

目前現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)指南中并未對(duì)由基坑開挖引起的周邊環(huán)境變形限值進(jìn)行系統(tǒng)性規(guī)定，多是參考相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合取值。

1.1 坑外土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)

《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497-2019）8.0.4條[15]給出了土質(zhì)基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測預(yù)警限值，對(duì)于設(shè)計(jì)安全等級(jí)為1級(jí)的基坑圍護(hù)墻（邊坡）頂部水平位移限值為20～30mm（0.2%～0.3%H）、頂部豎向位移限值為10～20mm（0.1%～0.2%H）；地表豎向位移限值為25～35mm，坑底隆起（回彈）限值為30～60mm。

1.2 軌道結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 軌道高架橋

高架橋結(jié)構(gòu)變形是否安全主要從墩臺(tái)沉降、墩頂縱、橫向變形及相鄰墩臺(tái)沉降差等方面綜合評(píng)定，《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10621—2014）[16]、《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 10002-2017）[17]相應(yīng)條款給出了靜定結(jié)構(gòu)墩臺(tái)基礎(chǔ)工后沉降限值，對(duì)于無砟軌道，墩臺(tái)均勻沉降控制限值為20mm，相鄰墩臺(tái)沉降差為5mm，橋梁與路基過度處差異沉降限值為5mm。

橋梁墩頂縱、橫向水平位移按最不利荷載作用計(jì)算，其位移限值按下式計(jì)算：

式中L—橋梁跨度（m），當(dāng)L＜24m時(shí)，按24m計(jì)算；橋跨為不等跨時(shí)，按最小跨徑計(jì)算；

Δ—墩頂處縱向水平位移（mm）。

參考《城市軌道交通結(jié)構(gòu)檢測監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50/T-271-2017）[18]附錄G，軌道橋梁墩頂縱、橫向水平位移監(jiān)測控制限值為：

綜合考慮本工程安全控制要求及鄰近軌道高靈敏度特點(diǎn)，以式（1）（2）計(jì)算結(jié)果為橋梁縱、橫向水平位移控制標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 軌道路基

據(jù)《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10001—2016）[19]，對(duì)于路基一側(cè)基坑開挖引起的沉降以線路中線沉降值作為判別標(biāo)準(zhǔn)，普通鐵路工后沉降限值為50mm，高速鐵路工后沉降限值為15mm；《城市軌道交通結(jié)構(gòu)檢測監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50/T-271-2017）附錄G給出了軌道路基道床沉降限值為10mm。

1.3 基坑開挖變形安全控制標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)對(duì)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范變形控制限值研究、地區(qū)基坑工程變形控制經(jīng)驗(yàn)結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際要求，從安全角度出發(fā)，最終變形控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 基坑開挖變形安全控制標(biāo)準(zhǔn)

2 依托工程概況與模型構(gòu)建

2.1 依托工程概況

2.1.1 基坑周邊環(huán)境

依托工程緊鄰軌道交通1號(hào)線，基坑長308m，寬70m，開挖深度8～11m。其中基坑距路基10m，距高架橋6m（圖1）。鄰近軌道整體均位于2倍基坑開挖影響范圍，勢必受基坑開挖影響，軌道受影響范圍、程度及受力變形集中位置須系統(tǒng)研究，以便采取針對(duì)性變形控制措施。

圖1 基坑總體概況Fig.1 General situation of foundation pit

2.1.2 鄰近基坑既有軌道概況

據(jù)軌道交通竣工資料，軌道ZDK12+973-ZDK13+448段緊鄰基坑，全長475m，ZDK12+973-ZDK13+288段高架橋，包括10#-20#墩臺(tái)，與路基銜接處為20#橋臺(tái)，ZDK12+288-ZDK13+448段為路基，路基寬21.5m，基礎(chǔ)采用CFG樁處理。

橋梁上部結(jié)構(gòu)為30m單線單箱單室預(yù)應(yīng)力混砼簡支梁。橋梁墩臺(tái)采用群樁基礎(chǔ)，10#-19#墩采用4根樁，20#臺(tái)8根樁，承臺(tái)尺寸長×寬×高均為5.8m×5.8m×2m。樁基為1m直徑的鉆孔灌注樁，各墩臺(tái)樁長如表2所示。

表2 建構(gòu)筑物參數(shù)

2.1.3 計(jì)算參數(shù)

據(jù)鉆探揭露，基坑上覆土層為第四系雜填土（Qml）及殘坡積層紅粘土（Qel+dl），下伏基巖為三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）灰?guī)r，局部含泥質(zhì)。土體力學(xué)參數(shù)詳見表3。

表3 土層力學(xué)參數(shù)

軌道高架橋墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，橋樁、墩臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，墩柱為C40，上部結(jié)構(gòu)采用C50；路基至地表以下10m范圍內(nèi)采用CFG樁進(jìn)行地基處理，采用簡化計(jì)算。軌道高架橋及路基各結(jié)構(gòu)部件力學(xué)參數(shù)如表4所示。

表4 建構(gòu)筑物力學(xué)參數(shù)

2.2 模型構(gòu)建

2.2.1 變形控制方案設(shè)計(jì)

基坑南側(cè)緊鄰軌道路基及高架橋，綜合考慮基坑所處位置、周邊環(huán)境變形控制要求以及鄰近軌道高靈敏性特點(diǎn)，以變形控制為指導(dǎo)思想，設(shè)計(jì)了基坑無支護(hù)、雙排樁+冠梁+連梁+樁間板（方案一）支護(hù)、單/雙排樁+錨索+冠梁+連梁+樁間板（方案二）支護(hù)三種方案，系統(tǒng)分析基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境影響以及支護(hù)措施的變形控制效果。

基坑其他側(cè)采用1:1放坡+掛網(wǎng)錨噴進(jìn)行支擋，防護(hù)錨噴厚度20cm，對(duì)于方案一，軌道側(cè)均采用雙排樁支擋；方案2除相鄰橋墩間采用單排樁+錨索支護(hù)外其余位置均為雙排樁。其中錨索設(shè)置3排錨索，入射角35°，錨固段6m，支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)及單元類型如表5所示。

表5 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)及單元類型

2.2.2 計(jì)算分析方法及計(jì)算荷載

采用連續(xù)介質(zhì)分析法中的有限元法進(jìn)行計(jì)算分析，土體本構(gòu)采用考慮土體雙硬化特性的修正摩爾-庫倫模型，軌道及支護(hù)結(jié)構(gòu)采集彈性本構(gòu)，計(jì)算軟件采用巖土有限元分析軟件Midas GTS進(jìn)行。

計(jì)算荷載考慮模型自重、軌面荷載，據(jù)相關(guān)規(guī)范[20]，軌面荷載取值如下。

表6 計(jì)算荷載

2.2.3 網(wǎng)格方案

采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分并計(jì)算，其中橋樁、支護(hù)樁（連梁、冠梁）及錨索錨固段采用梁單元模擬，錨索自由段采用植入式桁架單元模擬，樁間板以及掛網(wǎng)錨噴采用板單元模擬；墩臺(tái)、墩柱、路基及巖土體采用實(shí)體單元，橋面采用板單元，各方案下數(shù)值計(jì)算模型如圖2-4所示。

圖2 無支護(hù)數(shù)值計(jì)算模型Fig.2 Numerical simulation model without support

圖3 方案1數(shù)值計(jì)算模型Fig.3 Numerical simulation model of Scheme 1

圖4 方案2數(shù)值模型Fig.4 Numerical simulation model of Scheme 2

2.2.4 計(jì)算荷載分析步

基坑設(shè)計(jì)開挖深度8～11m，采用分層開挖，共開挖4次至基底。數(shù)值分析計(jì)算步如表7所示。

表7 數(shù)值分析計(jì)算步

3 模擬結(jié)果分析與監(jiān)測驗(yàn)證

將基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境影響劃分為基坑主、被動(dòng)區(qū)土體變形、軌道變形以及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形三個(gè)方面，分別分析各方案下基坑開挖對(duì)環(huán)境影響程度及變形控制效果。

3.1 基坑主、被動(dòng)區(qū)變形分析

基坑開挖后土體發(fā)生卸荷回彈，土中應(yīng)力重分布，坑外土體發(fā)生沿基坑中心的側(cè)向位移，對(duì)埋置于巖土體中的軌道基礎(chǔ)產(chǎn)生土壓力作用，遂對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力及彎矩，致使結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度變形。圖5為無支護(hù)條件下基坑開挖總體位移云圖，受“基坑+高架橋+路基”相互作用及軌道荷載偏壓使土體及軌道均發(fā)生較大程度變形，由圖可知，路基ZDK13+288-ZDK13+384段偏壓最大，該處出現(xiàn)了明顯的變形集中現(xiàn)象。高架橋段橋墩間土體變形較墩臺(tái)位置大，主要是橋梁樁基具有遮攔作用，阻止了土體發(fā)生沿基坑方向的位移，但超過其影響范圍，相鄰?fù)馏w則會(huì)發(fā)生“繞流”現(xiàn)象從相鄰墩臺(tái)間擠出。

圖5 無支護(hù)下基坑開挖總位移云圖Fig.5 Displacement cloud of foundation pit excavation without support

圖7 方案二支護(hù)位移云圖Fig.7 Support displacement cloud diagram of Scheme 2

圖6、7為方案一、方案二支護(hù)下基坑開挖位移云圖，為便于比較分析，此處將不同支護(hù)方案下高架橋段及路基段基坑側(cè)壁土體側(cè)向位移變形列于同一表格（表8）。由計(jì)算結(jié)果可知，相較于無支護(hù)而言，被動(dòng)區(qū)土體變形得到極大程度控制，土體變形從無支護(hù)下244mm降至4.2mm（0.042%H），特別鄰近軌道側(cè)，變形控制效果最為明顯，表明各支護(hù)方案對(duì)基坑變形控制是有效的；基坑支護(hù)后，路基處仍有變形集中現(xiàn)象，但整體形變量已控制在安全范圍。

圖6 方案-支護(hù)位移云圖Fig.6 Support displacement cloud diagram of Scheme 1

表8 不同方案下軌道側(cè)土體變形

基坑無支護(hù)開挖，鄰近軌道側(cè)土體最大位移發(fā)生于基坑側(cè)壁，隨著距離增大，變形逐漸減小，高架橋段土體位于2H（H表示基坑開挖深度，下同）范圍外，影響基本可忽略。高架橋段最大位移達(dá)244mm（2.24%H），水平位移最大42mm（0.42%），豎向位移為187mm（1.87%H），路基段由于路基偏壓作用土體存在明顯變形集中區(qū)，土體最大位移為148mm（1.48%H），水平位移為11.6mm（0.116%H），豎向位移為70.5mm（0.7%H）。據(jù)土體側(cè)向變形曲線，基坑開挖后，位于基坑4H范圍外土體仍有10mm變形量，即基坑開挖后其主要影響區(qū)可達(dá)4H，這種由路基偏壓對(duì)基坑開挖影響范圍的“增幅”現(xiàn)象值得重視。

基坑開挖完畢，無支護(hù)下坑底主動(dòng)區(qū)土體變形最大值為9.5mm，支護(hù)后隆起變形為3.2mm（0.032%H），變形得到進(jìn)一步控制。各方案下總體變形量均較小，主要原因?yàn)榛娱_挖至基底后，坑底土層厚度已不大，土層下方為中風(fēng)化灰?guī)r，相較土體而言其彈性模量較大，基坑開挖至坑底后整體卸荷回彈量不大。

圖8 無支護(hù)下高架橋段土體位移曲線Fig.8 Soil displacement curves of viaduct section without support

圖9 無支護(hù)下路基段土體位移曲線Fig.9 Soil displacement curves of subgrade section without support

對(duì)比方案一、方案二土體變形控制情況，路基段控制效果基本相當(dāng)，對(duì)于高架橋段土體而言，方案二變形控制效果明顯好于方案一，考慮是方案二采用錨索支護(hù)，錨索施作時(shí)施加了預(yù)應(yīng)力，對(duì)土體起到預(yù)加固效果，控制了土體變形。表明“排樁+錨索”支護(hù)形式對(duì)土體變形控制效果好于雙排樁。

3.2 軌道變形分析

圖10、11為各方案支護(hù)下高架橋橋面板縱、橫向位移曲線，軌道運(yùn)行方向與基坑長軸方向大致平行，對(duì)于縱橋向變形而言，無支護(hù)下最大變形值為1.53mm（20#橋臺(tái)），方案一、方案二支護(hù)下最大值均為0.2mm，為無支護(hù)下的13.1%；無支護(hù)下，橫橋向變形受影響最大，其變形量高達(dá)30.9mm（20#橋臺(tái)），已超出安全控制標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)行支護(hù)控制后，橫橋向最大變形量為1.2mm（方案一），僅為未支護(hù)下的3.88%，變形控制效果明顯。

圖10 順橋向位移曲線Fig.10 Displacement curves along the bridge

為進(jìn)一步比較各方案整體支護(hù)效果，表9給出了不同方案下橋梁墩臺(tái)沉降與相鄰墩臺(tái)沉降差，由表可知，無支護(hù)下11#-19#墩沉降變形滿足控制標(biāo)準(zhǔn)，路橋過渡段受路基變形“牽引”作用，20#臺(tái)沉降高達(dá)37.8mm，沉降量及相鄰沉降差均超出了安全控制標(biāo)準(zhǔn)；各支護(hù)方案施作后將基坑開挖對(duì)橋墩影響控制在安全范圍，特別是20#臺(tái)變形控制效果最為明顯，橋梁各墩臺(tái)沉降及相鄰沉降差均控制在1.1mm以下，僅為未支護(hù)的2.9%，滿足安全控制要求。

圖11 橫橋向位移曲線Fig.11 Transverse bridge displacement curves

表9 高架橋墩臺(tái)沉降變形

路橋過渡段，無支護(hù)下橋臺(tái)位置沉降量為15.6mm，路基段為19.8mm，差異沉降為4.2m；進(jìn)行支護(hù)后差異沉降均控制在0.1mm，滿足安全控制要求（5mm）。

圖12、13為各方案下路基中線路面沉降曲線，0m位置為路橋過渡段，由曲線可知，從路橋過渡至大樁號(hào)方向，沉降量由小變大，當(dāng)位于基坑開挖影響范圍外，沉降量又逐漸減小。各方案下，沉降量最大值均出現(xiàn)在ZDK13+318位置，無支護(hù)下沉降高達(dá)66mm，已超出軌道營運(yùn)安全控制標(biāo)準(zhǔn)。方案一、二支護(hù)下路面沉降最大為1.04mm（方案一），僅為無支護(hù)下土體變形量的1.5%，變形滿足要求。

圖12 無支護(hù)下路基面沉降曲線Fig.12 Subgrade surface settlement curve without support

3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形分析

圖13 路面沉降曲線Fig.13 Pavement settlement curve

圖15 支護(hù)樁彎矩Fig.15 Bending moment of supporting pile

對(duì)于路基段，方案一、方案二均采用雙排樁支護(hù)，基坑開挖后，支護(hù)樁最大水平位移分別為2.58mm（方案一）、2.76mm（方案二），最大彎矩分別為2180kN·m（方案一）、2170kN·m（方案二），受力、變形相差不大，變形支護(hù)效果相當(dāng)。

圖14、15分別為方案一、二支護(hù)后高架橋段支護(hù)樁位移及彎矩圖，方案一支護(hù)下高架橋段支護(hù)樁最大位移為1.7mm，方案二最大位移為1.4mm，方案二支護(hù)樁位移整體小于方案一；支護(hù)結(jié)構(gòu)受力方面，方案一最大彎矩為689kN·m，方案二最大彎矩為683kN·m，支護(hù)樁彎矩值相差不大，兩個(gè)支護(hù)方案中最大彎矩均位于基坑開挖交界面一定深度范圍內(nèi)，綜合分析各方案支護(hù)結(jié)構(gòu)受力及位移情況，兩個(gè)方案支護(hù)措施在土體壓力作用下整體穩(wěn)定。

圖14 支護(hù)樁位移Fig.14 Displacement of supporting pile

總體而言，基坑無支護(hù)下開挖對(duì)軌道造成較大影響，高架橋橫橋向變形、墩臺(tái)沉降、路面沉降及坑外土體變形均不滿足安全控制標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響軌道安全。數(shù)值分析表明，基坑開挖主被動(dòng)區(qū)土體發(fā)生沿基坑中心的位移變形，受軌道偏壓作用，路基處有變形集中；坑外土體變形過程中與軌道基礎(chǔ)相互作用，對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生附加應(yīng)力及彎矩，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度變形；此外，基坑開挖對(duì)高架橋及路基影響程度不一，由于高架橋、路基本身結(jié)構(gòu)差異，高架橋采用樁基作為支承結(jié)構(gòu)，樁基嵌巖，其對(duì)基坑開挖引起的附加變形有一定抵抗作用，路基采用明挖基礎(chǔ)直接坐落于土體上，在基坑開挖影響范圍內(nèi)的土體發(fā)生變形即會(huì)帶動(dòng)路基發(fā)生較大程度位移，這也是從橋梁至路基過渡變形會(huì)明顯增加的原因。此外，各方案對(duì)基坑開挖變形影響控制均是較為有效的，可較大程度控制基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境影響，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力、變形穩(wěn)定，且具有一定的安全儲(chǔ)備，可確保基坑開挖、軌道營運(yùn)安全。

對(duì)比分析兩個(gè)支護(hù)方案下主被動(dòng)區(qū)土體變形情況、鄰近軌道影響程度、支護(hù)結(jié)構(gòu)自身受力變形情況，綜合考慮基坑變形控制要求，鄰近構(gòu)筑物高靈敏性特點(diǎn)，結(jié)合工期、造價(jià)等因素，方案二變形控制整體略優(yōu)于方案一。

3.4 分布式光纖監(jiān)測對(duì)比研究

數(shù)值仿真表明方案二支護(hù)下可有效控制基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境影響，為進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值分析可靠性，以及確保基坑開挖安全，在基坑開挖過程中對(duì)鄰近軌道側(cè)路基及高架橋段支護(hù)樁分別埋設(shè)分布式光纖實(shí)時(shí)監(jiān)測其變形及內(nèi)力，同時(shí)也在19#橋墩表面布設(shè)分布式光纖進(jìn)行監(jiān)測墩柱變形情況（圖16-17）。

圖16 支護(hù)樁樁內(nèi)光纜布設(shè)圖Fig.16 Layout of optical cable in supporting pile

圖17 現(xiàn)場光線綁扎及測量Fig.17 Field light binding and measurement

光纖監(jiān)測從基坑支護(hù)樁施作開始，總共進(jìn)行7期監(jiān)測，圖18、19為基坑開挖完成后路基及高架橋段支護(hù)樁彎矩分布曲線，盡管監(jiān)測值與實(shí)測值數(shù)據(jù)略有所差別，但其沿樁身分布變化規(guī)律是一致的，且彎矩最大值均出現(xiàn)在基坑開挖交界面一定深度范圍內(nèi)；對(duì)比分析軌道路基及高架橋段支護(hù)樁彎矩，路基段明顯大于高架橋段，證明了本文無支護(hù)下基坑開挖對(duì)軌道路基影響程度大于對(duì)高架橋，基坑緊鄰路基處會(huì)出現(xiàn)變形集中現(xiàn)象這一結(jié)論的正確性。考慮緊鄰路基段基坑開挖土體變形集中現(xiàn)象，采用雙排樁支護(hù)是較為合理的。

圖18 路基段支護(hù)樁彎矩對(duì)比圖Fig.18 Bending moment comparison diagram of supporting pile in subgrade section

19#墩柱變形監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，基坑開挖確實(shí)對(duì)高架橋造成一定擾動(dòng)，致使其發(fā)生沿基坑方向的偏移，但整體偏移量較小，最大僅為0.85mm（承臺(tái)處），墩頂僅為0.5mm，整體變形滿足控制要求，計(jì)算值與實(shí)測值相當(dāng)，差值小于0.1mm，誤差在可接受范圍之內(nèi)。

通過對(duì)比分析研究，計(jì)算值與監(jiān)測值整體具有較高的一致性，表明數(shù)值分析是正確的，可以有效指導(dǎo)本工程設(shè)計(jì)、施工；同時(shí)，綜合分析基坑開挖后軌道結(jié)構(gòu)響應(yīng)情況，采用“單/雙排樁+錨索+冠梁+連梁+樁間板”的支護(hù)措施可以有效控制基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境影響，保證軌道營運(yùn)安全。

圖19 高架橋段支護(hù)樁彎矩對(duì)比圖Fig.19 Comparison diagram of bending moment of supporting pile in viaduct section

圖20 19#墩柱側(cè)向變形Fig.20 Comparison diagram of lateral deformation of No.19 pier column

4 結(jié)論

本文以基坑工程實(shí)例為依托，系統(tǒng)研究基坑開挖對(duì)鄰近軌道影響的一系列問題，主要結(jié)論及成果如下：（1）針對(duì)目前尚無規(guī)范系統(tǒng)性規(guī)定基坑開挖對(duì)軌道影響限值這一問題，基于現(xiàn)行規(guī)范、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)、控制要求，系統(tǒng)性的構(gòu)建了基坑開挖對(duì)軌道影響安全控制標(biāo)準(zhǔn)；（2）由于軌道路基及高架橋結(jié)構(gòu)性差異，基坑開挖對(duì)軌道路基影響程度明顯大于高架橋，鄰近路基段坑外土體存在明顯變形集中區(qū)。基坑開挖鄰近軌道高架橋時(shí)，橋梁樁基對(duì)坑外一定范圍土體具有一定的阻攔作用，能一定程度控制土體變形，超出該影響范圍，土體會(huì)發(fā)生“繞流”從相鄰橋墩擠壓并產(chǎn)生較大變形；（3）采用以變形控制為目的的支護(hù)方案能很好的控制基坑開挖對(duì)軌道影響，相較于“雙排樁”而言，“排樁+錨索”的支護(hù)方式對(duì)土體變形控制效果更好；（4）數(shù)值計(jì)算與監(jiān)測成果具有較高的一致性，表明數(shù)值計(jì)算是正確的；（5）監(jiān)測成果表明采用的支護(hù)方案對(duì)變形控制是有效的，可以確保鄰近軌道營運(yùn)安全。相關(guān)研究可為本工程設(shè)計(jì)、施工提供指導(dǎo)，同時(shí)可為類似工程提供參考與借鑒。