基坑開挖對(duì)臨近地鐵隧道影響分析及控制

于海濤

摘?要：隨著城市化進(jìn)程的不斷進(jìn)行，地鐵成為人們?nèi)粘３鲂械墓ぞ撸鞘械牟粩嘟ㄔO(shè)發(fā)展，導(dǎo)致臨近地鐵的工程不斷增加，新工程的建設(shè)必然會(huì)對(duì)既有地鐵隧道產(chǎn)生影響。基坑工程作為新建工程的基礎(chǔ)工程，會(huì)引發(fā)土層結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，從而對(duì)既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。因此，基坑開挖時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生的不利影響，積極探尋控制措施。

關(guān)鍵詞：基坑??地鐵隧道??控制措施??變形影響

中圖分類號(hào)：U231

Analysis?and?Control?of?the?Impact?of?the?Excavation?of?Foundation?Pits?on?Adjacent?Subway?Tunnels

YU?Haitao

（Beijing?Zhongtianlutong?Intelligent?Control?Technology?Co.，?Ltd.，?Beijing，100024?China）

Abstract：?With?the?continuous?progress?of?urbanization，?the?subway?has?become?a?tool?for?people's?daily?travel.?The?continuous?construction?and?development?of?cities?have?led?to?an?increasing?number?of?projects?near?subways，?and?the?construction?of?new?projects?will?inevitably?have?an?impact?on?existing?subway?tunnels.?As?the?foundation?engineering?of?new?projects，?foundation?pit?projects?will?cause?the?changes?of?the?soil?structure，?and?then?have?a?certain?impact?on?the?structure?of?existing?subway?tunnels.?Therefore，?when?excavating?foundation?pits，?adverse?effects?on?subway?tunnels?should?be?fully?considered，?and?control?measures?should?be?actively?explored.

Key?Words：?Foundation?pit;?Subway?tunnel;?Control?measure;?Deformation?effect

地鐵大多連接商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、工業(yè)區(qū)，構(gòu)建了城市的交通網(wǎng)絡(luò)，以便捷準(zhǔn)時(shí)、不占用地面空間等優(yōu)點(diǎn)成為城市建設(shè)的重要工程。然而，由于城市發(fā)展中地下商業(yè)街、深基坑等的建設(shè)，在既有地鐵隧道旁開挖基坑成為常態(tài)[1]。基坑開挖容易導(dǎo)致地鐵隧道出現(xiàn)變形，危及地鐵的運(yùn)行安全，因此，分析基坑開挖對(duì)地鐵的變形影響，優(yōu)化控制措施成為工程建設(shè)的重要內(nèi)容。

1??工程概況

本項(xiàng)目位于北京市某區(qū)，基坑長103?m，寬77.2?m，深18.9?m，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。本基坑局部采用鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，豎向設(shè)置5道錨索，錨索成孔直徑200?mm，一樁一錨；局部采用鉆孔灌注樁+鋼支撐的支護(hù)體系，鋼支撐采用4道預(yù)應(yīng)力鋼支撐。圍護(hù)樁樁徑為800?mm，樁間距為1.2～1.5?m，樁頂設(shè)800?mm×1?000?mm冠梁；樁間采用80?mm厚C20噴混凝土，鋼筋網(wǎng)采用φ6.0@200×200?mm。

本工程西側(cè)臨近地鐵隧道，基坑到地鐵隧道左線的凈距約10?m，坑底距離隧道頂部約8?m。地鐵區(qū)間隧道左、右線縱坡為4‰，左右線間距為13?m，區(qū)間主要采用盾構(gòu)法施工，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50。盾構(gòu)隧道外徑為6.4?m，內(nèi)徑為5.8?m，管片厚0.3?m，環(huán)寬1.2?m，隧道頂?shù)穆裆罴s27.5?m。

2??工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

2.1??工程地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地層參數(shù)如表1所示。

2.2??水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地下水位埋深約25?m，不考慮地下水對(duì)基坑的影響。

3???數(shù)值模擬分析

3.1??計(jì)算模型

針對(duì)基坑開挖過程的模擬，土層采用實(shí)體單元，支護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)采用板殼單元、梁單元等結(jié)構(gòu)單元[2]。為方便計(jì)算，在模擬中支護(hù)樁剛度等效為墻。

3.2??計(jì)算參數(shù)

本次研究根據(jù)相應(yīng)公式進(jìn)行計(jì)算獲得如表2所示計(jì)算參數(shù)。

3.3??計(jì)算工況

準(zhǔn)備階段：生成模型，計(jì)算初始地應(yīng)力，初始位移清零生成模型；

第一步：圍護(hù)樁施工；

第二步：開挖到第一道錨索及第一道內(nèi)撐下0.5?m，施作第一道錨索及第一道內(nèi)撐；

第三步：開挖到第二道錨索下0.5?m，施做第二道錨索；

第四步：開挖到第三道錨索及第二道內(nèi)撐下0.5?m，施作第三道錨索及第二道內(nèi)撐；

第五步：開挖到第四道錨索及第三道內(nèi)撐下0.5?m，施作第四道錨索及第三道內(nèi)撐；

第六步：開挖到第五道錨索及第四道內(nèi)撐下0.5?m，施作第五道錨索及第四道內(nèi)撐；

第七步：開挖到基底；

第八步：施作主體結(jié)構(gòu)及肥槽回填。

4??計(jì)算結(jié)果分析

地鐵結(jié)構(gòu)變形不僅與基坑的形狀、深度有關(guān)，同時(shí)與開挖方式、周圍地層的地質(zhì)條件有關(guān)[3]。

4.1??工況記錄

（1）開挖到第一道錨索及第一道內(nèi)撐下0.5?m，施作第一道錨索及第一道內(nèi)撐。

（2）開挖到第二道錨索下0.5?m，施作第二道錨索。

（3）開挖到第三道錨索及第二道內(nèi)撐下0.5?m，施作第三道錨索及第二道內(nèi)撐。

（4）開挖到第四道錨索及第三道內(nèi)撐下0.5?m，施作第四道錨索及第三道內(nèi)撐。

（5）開挖到第五道錨索及第四道內(nèi)撐下0.5?m，施作第五道錨索及第四道內(nèi)撐。

（6）開挖到基底后，進(jìn)行基底清理，并進(jìn)行必要的加固處理。如果基底土質(zhì)較差，應(yīng)進(jìn)行換填等處理，以提高地基承載力。同時(shí)，對(duì)基底進(jìn)行排水處理，確保基坑內(nèi)無積水。

4.2??豎向位移計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)數(shù)值分析的結(jié)果，在基坑開挖以后，左線和右線隧道結(jié)構(gòu)均發(fā)生了不同水平的位移[4]。由不同開挖工況下的豎向位移云圖可以發(fā)現(xiàn)，隨著開挖深度的不斷加深，豎向位移不斷增大，開挖至坑底時(shí)，最終在基坑中點(diǎn)附近，隧道結(jié)構(gòu)的豎向位移最大。其中，左線隧道結(jié)構(gòu)最大豎向位移為1.43?mm（上浮），右線隧道結(jié)構(gòu)最大豎向位移為0.58?mm（上浮）。

4.3??橫向位移計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)數(shù)值分析的結(jié)果，隨著基坑的開挖，左線和右線隧道結(jié)構(gòu)均發(fā)生了不同水平的位移。并且可以看出，其位移變化云圖與豎向位移變化云圖相似。隨著開挖深度的不斷加深，橫向位移的在不斷增大，開挖至坑底時(shí)，最終在基坑中點(diǎn)附近，隧道結(jié)構(gòu)的橫向位移最大。其中，左線隧道結(jié)構(gòu)最大橫向位移為1.31?mm，右線隧道結(jié)構(gòu)最大橫向位移為0.47?mm。

總體而言，基坑開挖后，左線和右線隧道結(jié)構(gòu)均向基坑內(nèi)的方向發(fā)生了一定的位移，隧道結(jié)構(gòu)不同位置的豎向及水平位移的程度不同，靠近基坑側(cè)的隧道結(jié)構(gòu)位移較于遠(yuǎn)離基坑側(cè)的隧道結(jié)構(gòu)位移大，而最大位移位于靠近基坑側(cè)中點(diǎn)附近。

4.4??小結(jié)

（1）隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的最大值出現(xiàn)在靠近基坑側(cè)中點(diǎn)位置附近，左右線地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移的變化趨勢(shì)趨同，距離基坑越近，區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)變形越大[5]。

（2）既有區(qū)間結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)：豎向變形預(yù)警值為1.4?mm，報(bào)警值為1.6?mm，控制值為2.0?mm；橫向變形預(yù)警值為1.4?mm，報(bào)警值為1.6?mm，控制值為2.0?mm。對(duì)比變形控制指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，左右線地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)均未到達(dá)變形預(yù)警值，能夠保證地鐵的安全運(yùn)行。

5??結(jié)論及建議

5.1??結(jié)論

本次模型所選擇可能產(chǎn)生隱患的不利點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，選擇ＭｉｄａｓＧＴＳＮＸ元軟件，進(jìn)行了三維數(shù)值模型，對(duì)于基坑開挖對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響，得到結(jié)論如下。

（1）隨著基坑開挖深度的增大，隧道結(jié)構(gòu)變形在逐漸增大，隧道結(jié)構(gòu)最大變形位于基坑中部附近離基坑距離較近的左線隧道，最大豎向位移為1.43?mm（上浮變形），橫向位移為1.31?mm（靠近基坑）。

（2）本工程基坑開挖過程中，區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)水平、豎向位移均小于變形預(yù)警值，滿足要求，能夠保證地鐵的運(yùn)行安全。

5.2??建議

通過結(jié)合相關(guān)性的文獻(xiàn)資料與本工程計(jì)算分析，針對(duì)既有地鐵隧道變形情況，提出建議如下。

（1）臨近地鐵隧道的基坑開挖，選擇合理的基坑支護(hù)方案，要在開挖前做好工程項(xiàng)目的變形與內(nèi)力的分析工作，避免隧道產(chǎn)生較大的縱向變形或壓力位移，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)破壞，造成社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失。[6]

（2）通過分析地鐵路段的土質(zhì)條件，來修正計(jì)算，細(xì)化模擬數(shù)據(jù)，提升實(shí)際工程的隧道的使用安全。對(duì)于臨近隧道的基坑開挖作業(yè)前，要驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的合理性，利用三維隧道模型，來排查位移變形的隱患區(qū)域，確保隧道應(yīng)力分布滿足要求。[7-8]

（3）為減小基坑開挖對(duì)臨近既有地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的影響，可采用分區(qū)開挖、土層加固、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)等方式，保障隧道結(jié)構(gòu)縱向與橫向安全。

參考文獻(xiàn)

[1]柯明中，李玉明，王堅(jiān)，等.基于數(shù)值模擬的基坑開挖對(duì)臨近地鐵隧道變形影響規(guī)律分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，53（S1）：2837-2841.

[2]馬江鋒.軟土深基坑開挖全過程對(duì)臨近地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道影響風(fēng)險(xiǎn)分析及控制[J].土工基礎(chǔ)，2022，36（2）：145-148，167.

[3]饒運(yùn)東，周勇，馮仲文.超深基坑開挖對(duì)緊鄰地鐵隧道影響分析[J].土工基礎(chǔ)，2022，36（6）：877-883.

[4]張兵兵，盧偉曉，李為騰.基坑開挖對(duì)臨近既有地鐵隧道影響分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20（35）：14673-14680.

[5]張琳.深基坑開挖對(duì)臨近既有地鐵區(qū)間隧道的影響分析[J].福建建設(shè)科技，2020（6）：27-30，42.

[6]陳輝.超大深基坑開挖對(duì)臨近地鐵隧道影響分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2020，37（10）：90-95.

[7]陳合鵬.深基坑開挖對(duì)既有地鐵隧道的影響分析及控制措施[J].居舍，2020（24）：34-35.

[8]唐文.深基坑開挖卸載對(duì)臨近地鐵隧道影響的數(shù)值分析[J].福建建設(shè)科技，2020（3）：60-62，68.