基坑開挖對(duì)城市軌道交通盾構(gòu)隧道區(qū)間影響分析

孟 晨 曦

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

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基坑開挖對(duì)城市軌道交通盾構(gòu)隧道區(qū)間影響分析

孟 晨 曦

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

結(jié)合某基坑的工程地質(zhì)情況，采用有限元軟件建立了施工模型，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，分析了基坑開挖對(duì)城市軌道交通盾構(gòu)隧道區(qū)間的影響，為后續(xù)工程的施工提供了依據(jù)。

基坑，盾構(gòu)隧道，地鐵區(qū)間，位移

0 引言

近年來(lái)我國(guó)地鐵工程日益增多，據(jù)2015年國(guó)家公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：目前我國(guó)獲批軌道交通建設(shè)規(guī)劃的城市已達(dá)36個(gè)，到2013年年底我國(guó)有19個(gè)城市擁有地鐵，總里程達(dá)到2 366 km，預(yù)計(jì)到2020年全國(guó)擁有軌道交通的城市將達(dá)到50個(gè)，到2020年我國(guó)軌道交通要達(dá)到近6 000 km的規(guī)模。地鐵沿線一般為城市的重要地段，沿線商業(yè)及地下空間開發(fā)數(shù)量多、價(jià)值大，但基坑開挖也會(huì)對(duì)地鐵安全產(chǎn)生一定影響。

1 工程概況

基坑面積約6.7萬(wàn)m2，周長(zhǎng)約2 481.8 m，深度約為4.8 m。根據(jù)周邊環(huán)境、基坑挖深和地質(zhì)情況，基坑側(cè)壁安全等級(jí)定為二級(jí)，重要性系數(shù)為1.0。本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)體系，正常使用年限為12個(gè)月?；又ёo(hù)擬采用掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)、鋼板樁支護(hù)、鋼管土釘墻、鉆孔灌注樁等支護(hù)。其中臨近地鐵區(qū)間一側(cè)基坑深為4.8 m，采用鉆孔灌注樁支護(hù)(φ1 000@1 200)，樁長(zhǎng)12.7 m，深入基底以下9.2 m。

地鐵區(qū)間受臨近基坑施工影響范圍為XK9+734.048～XK9+827.532(893.484 m)，SK9+727.838～SK9+825.313(97.475 m)。影響范圍內(nèi)地面標(biāo)高17.909～21.541，采用黃海高程；地鐵區(qū)間覆土6 m～8.673 m。

地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)與基坑平面最小距離為20 m。

2 地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)

該場(chǎng)地上覆蓋土層由第四系人工回填土(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖積(Q4al)等土層組成，下臥基巖為第三系新余群巨厚層砂礫巖(E)。

經(jīng)鉆孔揭露，該場(chǎng)地巖土層自上而下分別為：雜填土、粉質(zhì)粘土、中砂、礫砂、強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖、中風(fēng)化砂礫巖。

2.2 水文地質(zhì)

勘察期間地表下3.00 m左右可見地下水，初見水位標(biāo)高15 m左右，為上層滯水，水量較小，主要受季節(jié)性大氣降水及民用用水補(bǔ)給，賦存于雜填土下部、粉質(zhì)粘土以上。由于填土水量小及土層之間差異，上層滯水無(wú)統(tǒng)一穩(wěn)定水位。

地表下13 m左右(黃海高程9 m左右)可見松散巖類孔隙水，屬潛水型，主要賦存于中砂層以下，粉質(zhì)粘土混凝土土層為相對(duì)隔水層頂板，下伏基巖為相對(duì)隔水層底板。

本場(chǎng)地地下潛水具微承壓(承壓水頭0.5 m)，初見時(shí)水量較小，隨鉆孔深度增加，水量逐漸增大，至飽和狀，與贛江水位互通。受贛江水位影響，隨季節(jié)變化而漲落。含水層厚度一般在7.00 m左右，含水層滲透性強(qiáng)，綜合滲透系數(shù)100 m/d。

3 地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)

已建成的地鐵區(qū)間隧道，采用盾構(gòu)法施工，襯砌結(jié)構(gòu)為單層裝配式鋼筋混凝土管片，襯砌管片內(nèi)徑為5 400 mm，外徑為6 000 mm，厚度為300 mm，環(huán)寬為1 200 mm。環(huán)間錯(cuò)縫拼裝。每環(huán)管片由3塊標(biāo)準(zhǔn)/2塊鄰接塊、1塊封頂塊組成。每環(huán)管片縱向共10只M24螺栓，環(huán)向共12只M27螺栓?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C50；混凝土抗?jié)B等級(jí)P10。

4 數(shù)值計(jì)算模擬

4.1 模型的建立

本次有限元計(jì)算主要分析基坑施工對(duì)地鐵區(qū)間的影響，根據(jù)實(shí)際情況，取SK9+727.838位置處計(jì)算分析。

本次分析采用巖土、隧道結(jié)構(gòu)專用有限元分析軟件MIDAS/GTS(Geotechnical & Tunnel analysis System)Ver4.0進(jìn)行計(jì)算。

本次分析土體材料本構(gòu)模型取用德魯克—普拉格(Drucker—Prager)彈塑性模型。襯砌結(jié)構(gòu)材料按線彈性考慮。

地鐵區(qū)間覆土6 m，線間距14.2 m，與826基坑水平距離為20 m；826基坑深4.8 m，采用鉆孔灌注樁支護(hù)(φ1 000@1 200)，樁長(zhǎng)12.7 m，深入基底以下9.2 m。

在計(jì)算過(guò)程中，不考慮在地面荷載和自重情況下區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)已經(jīng)產(chǎn)生的先期位移，只考慮此次基坑開挖施工引起的區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的變形變化。

地鐵區(qū)間施工計(jì)算模型見圖1，基坑開挖施工模型見圖2。

4.2 計(jì)算結(jié)果

地鐵區(qū)間施工計(jì)算見圖3，基坑開挖完成豎向位移計(jì)算結(jié)果見圖4。

地鐵區(qū)間隧道的位移具體詳圖見圖5，圖6。

5 結(jié)語(yǔ)

1)由計(jì)算結(jié)果可知：當(dāng)完成基坑土體開挖后，地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的最大水平變形為1.67 mm(向基坑方向)；地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的最大豎向變形為1.1 mm(沉降)。

2)針對(duì)項(xiàng)目基坑施工對(duì)已建成的地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)行了有限元數(shù)值分析。從位移和內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，規(guī)劃建筑方案及基坑支護(hù)方案在退距地鐵結(jié)構(gòu)20 m的距離下，均能滿足評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的要求及地鐵結(jié)構(gòu)所承受的受力范圍。

3)軌道交通保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行基坑開挖活動(dòng)時(shí)，必須與地鐵隧道內(nèi)的監(jiān)測(cè)工作相結(jié)合，通過(guò)信息化的施工確保隧道的運(yùn)營(yíng)安全。

4)在基坑開挖施工全過(guò)程，地鐵隧道內(nèi)必須進(jìn)行隆沉變形、水平變形、接縫張開、裂縫、滲漏水等項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)和觀測(cè)，因該項(xiàng)目施工對(duì)隧道影響較小，建議監(jiān)測(cè)范圍為建筑物距離隧道邊線25 m范圍內(nèi)的隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，且著重監(jiān)測(cè)下行線隧道，監(jiān)測(cè)報(bào)警值水平位移取2.4 mm，垂直位移取1.3 mm。

[1] 孔令榮，崔永高，隋海波.基坑開挖對(duì)鄰近地鐵變形的影響分析[J].上海巖土工程，2010(6)：61-62.

[2] 孔祥鵬,劉國(guó)彬,廖少明.明珠二期上海體育館地鐵車站穿越施工對(duì)地鐵一號(hào)線車站的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004,23(5):821-825.

[3] 于祖清.地鐵車站深基坑矩形挖孔樁支護(hù)設(shè)計(jì)與施工[J].鐵道建筑技術(shù),2004,5(3)：13-15.

[4] 張鳳祥，傅德明，楊國(guó)祥，等.盾構(gòu)隧道施工手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5] 肖明清，鄧朝輝，何 川.武漢長(zhǎng)江隧道管片結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2011(10)：73-74.

The application analysis on foundation pit excavation to urban rail transit shield tunnel interval

Meng Chenxi

(ChinaRailwaySecondBureauEngineeringGroupLimitedLiabilityCompany,Chengdu610031,China)

Combining with the engineering geological condition of a foundation pit, this paper used the finite element software established the construction model, through the numerical simulation calculation, analyzed the influence of foundation pit excavation to urban rail shield tunnel interval, provided basis for subsequent engineering construction.

foundation pit, shield tunnel, subway interval, displacement

1009-6825(2016)11-0188-02

2016-01-20

孟晨曦(1986- )，男，工程師

TU463

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