基坑開挖對(duì)鄰近地鐵高架線路的影響及保護(hù)研究

郝金星 崔景凱

(中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300450)

1 基坑開挖工程

1.1 基坑變形理論

基坑在開挖的過程當(dāng)中，因?yàn)橐獙?duì)地面進(jìn)行開挖，所以就會(huì)導(dǎo)致附近地層出現(xiàn)很多不可避免的問題，具體的原因就是因?yàn)榛釉陂_挖途中讓開挖地面的承載力降低，然而如果開挖地面的承載力降低，就會(huì)導(dǎo)致附近地面的承載力加大，所以附近地面的承受力就會(huì)超負(fù)荷承載建筑物，從而造成了基坑變形的嚴(yán)重后果。并且在開挖的過程中，防護(hù)墻還會(huì)因?yàn)榈孛娉休d力的加強(qiáng)而使防護(hù)墻的壓力增大，所以在開挖基坑附近的土壤會(huì)不斷的向基坑內(nèi)移動(dòng)，但是防護(hù)墻擋住了這些土壤的去路從而讓這些土壤對(duì)防護(hù)墻的壓力越來越大，進(jìn)而導(dǎo)致防護(hù)墻的變形。如果防護(hù)墻一旦變形，那么周圍的壓力就會(huì)擠壓基坑的底部，這就是基坑底部為何會(huì)出現(xiàn)凸起的原因。并且這些基坑底部的凸起和防護(hù)墻的變形會(huì)讓鄰近地鐵高架線路的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化。當(dāng)基坑底部的開挖越來越深時(shí)，基坑開挖面不斷的卸荷。這些卸荷正是引起基坑底部出現(xiàn)凸起的主要原因，而凸起的不斷出現(xiàn)，又會(huì)使防護(hù)墻的位置不斷的變化。凸起的不斷變化、防護(hù)墻的位置不斷的變化就會(huì)造成附近地面的承載能力不斷的加強(qiáng)，造成超負(fù)荷承載的后果，還會(huì)使基坑底部周圍的結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形。但這個(gè)塑性變形會(huì)隨著施工的停止而停止，所以塑性變形在一定程度上是可以復(fù)原的，但一旦超出限定的范圍，就會(huì)使基坑底部和鄰近地鐵高架線路結(jié)構(gòu)造成不可復(fù)原的顛覆。所以如果在基坑開挖過程當(dāng)中出現(xiàn)了塑性變形，我們一定要采取一系列的措施來降低凸起出現(xiàn)的頻率和防護(hù)墻變形的程度大小。

1.2 什么是基坑工程

基坑建設(shè)是地鐵建設(shè)的基礎(chǔ)之一，它對(duì)地鐵建設(shè)有著不可忽視的作用?；拥慕ㄔO(shè)不僅僅能保障地鐵的安全穩(wěn)定性，同時(shí)還會(huì)讓附近地鐵高架線路的建設(shè)出現(xiàn)其他的問題，特別會(huì)影響到鄰近地鐵高架線路的穩(wěn)定性，因此無論我們在開展基坑開挖工程之前，還是在開挖工程期間，都要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，唯有這樣才能保障基坑建設(shè)工作正常運(yùn)行?；庸こ套鳛閹r石工程中的一個(gè)重要分支，它涉及到的學(xué)科范圍十分廣。又因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)基坑工程的施工方法時(shí)還涉及到了工程量大的問題，并且需要考慮的因素眾多，所以對(duì)基坑建設(shè)工程實(shí)行監(jiān)測工作是非常困難的。在進(jìn)行基坑建設(shè)工程時(shí)，不僅僅要考慮到開挖地面的土層結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，抗變形能力是否良好，同時(shí)還要考慮到土層和施工材料是否可以一起來支護(hù)、相互作用的關(guān)系問題。

工程師為了解決上面的難題，提出了相應(yīng)的解決方案，其中我認(rèn)為最可行的方案是以下三種。第一，我們要對(duì)以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。第二是通過模擬實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行研究。第三通過理論知識(shí)來對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行分析，得出結(jié)論。對(duì)以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)的方法是一種非常直觀和傳統(tǒng)的方法。它可以根據(jù)工程師在對(duì)以往進(jìn)行建設(shè)工程時(shí)得到的經(jīng)驗(yàn)并且分析這些相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，從而總結(jié)得出相應(yīng)的規(guī)律。而通過模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究的方法是現(xiàn)在科研機(jī)構(gòu)最常用的方法，這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)的方法非常的簡單有效，并且還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)人員的需要來修改實(shí)驗(yàn)的條件，從而進(jìn)行大量的重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，還可以根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此來得到規(guī)律總結(jié)，進(jìn)而分析各種因素對(duì)鄰近地鐵高架線路的影響，作用效果和作用方式。利用理論來對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行分析的方法就是，利用現(xiàn)在的信息技術(shù)對(duì)影響因素進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。并且根據(jù)理論來不斷的分析這些實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，從而達(dá)到不斷優(yōu)化這些影響因素的結(jié)果。此種方法因?yàn)樗玫降臄?shù)據(jù)非常的精確，所以對(duì)未來的基坑開挖工程的開展所做的貢獻(xiàn)越來越大。

2 鄰近地鐵高架線路的影響因素

2.1 基坑與鄰近地鐵高架線路之間的水平距離

基坑與鄰近地鐵高架線路之間的位移關(guān)系對(duì)地鐵高架線路的影響非常大。根據(jù)很多工程實(shí)驗(yàn)的實(shí)例證明，如果基坑與鄰近地鐵高架線路之間的水平距離越近，就越容易導(dǎo)致鄰近地鐵線路的結(jié)構(gòu)造成變形，所以我們在考慮基坑的位置時(shí)，要想到鄰近地鐵高架線路是否與基坑的水平距離較近，如果距離較近，就會(huì)造成建筑物向基坑方向傾斜，從而導(dǎo)致鄰近地鐵高架線路所要承受的壓力過大,造成鄰近地鐵高架線路的坍塌，同時(shí)還會(huì)造成基坑變形的后果。所以我們在進(jìn)行基坑開挖工程時(shí)要對(duì)基坑工程進(jìn)行有效的監(jiān)測。我們要計(jì)算出建筑物傾斜的角度，通過建筑物傾斜角度來計(jì)算出基坑與鄰近地鐵高架線路之間的水平距離，保障基坑的深度和鄰近地鐵高架線路的變形保持在一個(gè)可以控制的范圍之內(nèi)，并且還要制定出針對(duì)這些問題的有效防護(hù)措施，盡可能的不要把基坑建設(shè)在地鐵高架線路的附近，以免導(dǎo)致鄰近地鐵高架線路的安全性能遭到破壞。

2.2 基坑與鄰近地鐵高架線路之間的高度差

如果基坑開挖的程度很深會(huì)使鄰近地鐵高效線路形成的沉降差越來越大，從而導(dǎo)致基坑的土層結(jié)構(gòu)變形程度加大。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，基坑的深度與鄰近地鐵高效線路形成的沉降差之間存在正比的關(guān)系，不過在進(jìn)行一些基礎(chǔ)掩埋時(shí)通過加入一些質(zhì)量較好的石塊，可以有效的控制地鐵高效線路形成的沉降差，并且還可以提高土質(zhì)之間的牽引力。但是較淺的基坑雖然對(duì)鄰近地鐵高架線路的影響較小，但是這些影響是不均勻的，同樣會(huì)對(duì)鄰近地鐵高架線路的安全性和穩(wěn)定性造成嚴(yán)重的后果。當(dāng)然，如果基坑的深度不夠，不僅僅會(huì)影響到工程的使用，而且還會(huì)影響到其本身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，從而導(dǎo)致地鐵高架線路位于基坑的下面，一旦基坑安全性不過關(guān)，就會(huì)造成地鐵高架線路的掩埋，造成不可忽視的經(jīng)濟(jì)損失和人員財(cái)產(chǎn)損失。所以，我們在實(shí)際的基坑開挖工程當(dāng)中，要嚴(yán)格控制基坑開挖的深淺度，同時(shí)還要綜合考慮基坑工程的自身需求和鄰近地鐵高架線路所需基坑深度進(jìn)行綜合性選擇。

3 有效的保護(hù)措施和優(yōu)化方案

3.1 構(gòu)建出計(jì)算模型

對(duì)于基坑對(duì)鄰近地鐵高架線路影響的分析主要利用現(xiàn)代化信息技術(shù)來進(jìn)行對(duì)基坑工程的設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步分析，并且以此方法還可以降低對(duì)鄰近地鐵高架線路的影響。在現(xiàn)代化信息技術(shù)當(dāng)中，我們可以利用連續(xù)介質(zhì)有限元法技術(shù)。該技術(shù)是通過結(jié)合計(jì)算機(jī)的硬件和軟件，利用土力工程當(dāng)中的巖石工程的基礎(chǔ)理論來對(duì)基坑附近的地鐵高架線路和基坑建設(shè)的環(huán)境因素來進(jìn)行一系列的分析和總結(jié)，最后計(jì)算得出有效的計(jì)算模型。隨著現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和計(jì)算機(jī)軟件和硬件等設(shè)備的能力不斷提高，計(jì)算機(jī)所構(gòu)建的計(jì)算模型得出的結(jié)論越來越準(zhǔn)確，并且還可以計(jì)算出不同支護(hù)裝置對(duì)鄰近地鐵高架線路支護(hù)作用的變化規(guī)律，進(jìn)而得出地鐵高架線路沉降變化的規(guī)律。最后，對(duì)這些計(jì)算模型進(jìn)行匯總，進(jìn)而得出有效合適的工程施工方案。

3.2 構(gòu)建出三維模型

三維模型即計(jì)算機(jī)所構(gòu)建的立體結(jié)構(gòu)模型。它是將立體結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)所檢測出的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合并且分析得出結(jié)論，這個(gè)方法有利于提高計(jì)算機(jī)所得出來數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)，并且對(duì)三維模型不斷地進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，還可以得出影響鄰近地鐵高架線路的關(guān)鍵因素。三維模型在進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要通過對(duì)常規(guī)土層實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不斷的更新，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。就目前而言，三維模型所計(jì)算出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度是最高的，對(duì)于分析基坑對(duì)鄰近地鐵高架的影響因素非常高效和快捷的。

4 結(jié) 語

總而言之，隨著中國城市化發(fā)展的推進(jìn)，城市對(duì)于地鐵的需求量也在逐漸增大，我們在基坑開挖工程實(shí)施工程當(dāng)中，要保障其安全性。因?yàn)樵诨娱_挖的同時(shí)，地鐵安全性也要得到保障，所以我們要對(duì)基坑的深淺度和基坑與鄰近地鐵水平距離進(jìn)行嚴(yán)格地監(jiān)測。在對(duì)基坑開挖過程的影響進(jìn)行分析時(shí)，要利用計(jì)算模型和構(gòu)建三維模型準(zhǔn)確的獲取工程實(shí)驗(yàn)信息，進(jìn)而得出有效的工程實(shí)施方案，最大化的降低對(duì)鄰近地鐵高架線路的影響。