基坑開挖對下覆地鐵區(qū)間的影響

徐禮閣

摘要：隨著近幾年全國大中城市軌道交通網(wǎng)絡的蓬勃發(fā)展，城市地下形成密集地鐵網(wǎng)絡的同時也給其他地下空間的開發(fā)帶來新的難題。鄰近運營地鐵線路的基坑開挖成為新的熱點。分析土方開挖對盾構區(qū)間回彈變形和管片附加應力的影響，并采取相關控制措施成為該類基坑工程施工控制的關鍵。本文介紹了某項目上跨地鐵隧道的地下通道的開挖方法，運用MIDAS/GTS進行三維建模計算分析，模擬完整的施工流程，并分析各工況下隧道的變形和應力發(fā)展。最后得出結論為判斷施工方法的合理性提供依據(jù)。期待本文為日漸增多的同類工程提供借鑒。

關鍵詞：基坑開挖； 地鐵區(qū)間； MIDAS； 位移；應力

1、工程概況

某地下空間工程設置6條橫通道連接南、北兩側的地下空間，需上跨正在運營中的地鐵二、七號線上方。其中1#、2#通道上跨地鐵二號線明挖段， 1#通道基坑底距離地鐵二號線明挖段結構頂0.445米，通道結構外凈寬9.9米。2#通道基坑底距離地鐵二號線明挖段結構頂1.59米，通道結構外凈寬為11.2米。5#通道利用現(xiàn)狀某下沉道路底板作為地下空間底板，無需開挖。3#、4#、6#通道上跨地鐵二號線左、右線和地鐵七號線左線盾構隧道。其中3#通道與地鐵隧道之間凈距最近，基坑底部與地鐵隧道頂板凈距為4.6米，結構外凈寬11.6米。設計方案采用土體加固和1：1放坡開挖，本文將重點研究3#通道開挖卸載引起的基坑下臥土體位移和地鐵豎向位移以及盾構隧道應力的影響。

2、計算分析

2.1地層參數(shù)

依據(jù)該項目詳細巖土工程勘察報告，選取3#通道基坑所在位置的49號鉆孔，其地層參數(shù)如表1所示。

2.2模型建立

本文采用MIDAS/GTS/NX（Geotechnical and Tunnel Analysis System）有限元分析軟件。根據(jù)彈性力學厚壁圓筒理論、有限元原理和工程經(jīng)驗，基坑開挖對周圍土體和建筑物的影響范圍大致為3～5倍開挖寬度，因此有限元模型橫向寬度設為54m ，沿線路縱向長度為60m，按實際埋深取至地表，距二號線地鐵底部往下取約四倍洞徑（D=6m），二、七號線地鐵隧道拱頂距基坑底部距離為4.772m。二、七號線地鐵、3#通道基坑位置如圖2。計算模型的邊界條件上部為自由邊界，底部Z方向均受到約束，其余四個側面為法向約束邊界。

該三維數(shù)值分析中有如下基本假定：

（1）地層土體材料特性按均質彈塑性考慮，采用Mohr-Coulomb屈服準則；

（2）地鐵二襯和鋼筋混凝土壓板采用彈性模型；

（3）假定地表和各土層均成勻質水平分布；

（4）地應力場由重力自動生成，不考慮地下水位的變化；

有限元模擬的施工程序如下：

（1）初始應力場，位移清零 ；

（2）施工地鐵二號線、七號線；

（3）按1：1坡度放坡開挖至坑底；

（4）施工通道主體結構。

3、計算結果分析

基坑開挖土體卸荷使地鐵隧道下部土體隆起，隧道隨之隆起。地鐵隧道局部結構剛度比土體大很多，但對于柔性襯砌而言，長段隧道的整體變形剛度較小。在小變形的情況下，地鐵隧道位移和土層位移基本一致，滿足位移相容假設。

3.1基坑豎向位移T1

由計算結果可知放坡開挖到坑底時為坑底隆起的最大值，即有限元施工工況3，其坑底隆起值約為2.7mm左右。

3.2 地鐵結構豎向位移T1

放坡開挖到坑底時為地鐵隆起的最大值，即有限元施工工況3，依據(jù)計算結果管片的豎向位移值約為1.2mm左右。

3.3地鐵結構應力

地鐵隧道管片在工況三、四情況下，X向、Y向應力最大值分別為SXX=-13.4MPa，SYY=-5.58MPa，均遠小于管片C50混凝土設計抗壓強度設計值23.1MPa。因此，地鐵隧道管片X向、Y向應力變化，不會對隧道結構安全產(chǎn)生影響。

4、結論

根據(jù)以上模型計算分析可知，基坑下臥土體位移和地鐵豎向位移主要是由于開挖卸載引起。其結果如表2：

本文通過三維計算分析獲得的3#聯(lián)絡通道施工過程中，地鐵結構的最大豎向位移和管片應力。負荷施工安全控制要求。時間施工過程加強監(jiān)測，成功完整改項目。

參考文獻

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