基坑施工對鄰近運營地鐵隧道的影響分析

朱永偉

(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院,陜西 渭南 714099)

0 前 言

隨著城市基礎設施和地鐵項目融合建設發(fā)展的規(guī)模日益擴大，大量新建建筑群在地鐵沿線開工建設，其基坑工程不可避免的接近或侵入地鐵隧道保護紅線內，基坑開挖施工勢必會對基坑周圍土體產(chǎn)生一定程度的擾動，從而對地鐵隧道結構的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響，一定程度上危及既有地鐵隧道的運營安全。因此，為確保既有地鐵隧道的安全運營，在基坑施工前，必須針對基坑施工對運營地鐵隧道所造成的不利影響進行科學的分析評價。

本文以鄰近廣東省深圳市地鐵5號線隧道的某建筑群基坑開挖施工為例，通過三維數(shù)值模擬手段，分析基坑開挖對地鐵隧道水平位移、垂直位移、橫向收斂變形、豎向收斂變形產(chǎn)生影響進行模型分析，對照地鐵保護標準和分析結果預測了基坑開挖施工對運營地鐵隧道變形造成的不利影響，為制定地鐵隧道保護措施提供依據(jù)，最大限度地降低基坑施工對運營地鐵隧道造成的影響。

1 工程特點

該建筑群區(qū)段地鐵隧道的埋入最小深為13.6 m，大于兩倍地鐵隧道直徑，基坑開挖的深度為9.6 m。由于基坑邊線距地鐵隧道較近(最小凈距小于9 m)，基坑開挖時的支護方式主要采用樁徑為1.2 m的雙排灌注樁，其中在前排灌注樁間設計采用素混凝土咬合樁(樁徑同為1.2 m)。

由于該基坑鄰近地鐵隧道，而地鐵隧道為運營隧道，在基坑施工期不允許中斷運營。因此，施工過程中對地鐵隧道的變形影響控制是基坑開挖施工的重點和難點。為了預測基坑開挖施工對地鐵隧道結構產(chǎn)生的不利影響，以預先做好防護預案，利用有限元模型對該基坑開挖施工進行了數(shù)值模擬，以便指導施工。

2 分析模型

2.1 計算模型

該建筑群基坑深度9.6 m，地鐵隧道頂部埋深13.6 m，地鐵隧道(左線)外線邊至基坑邊線的最小距離為9 m，左右線地鐵隧道的中心距離12 m。

基坑分三步開挖：第一步開挖厚度為2 m；第二步開挖厚度為3.8 m；第三步開挖厚度為3.8 m。

根據(jù)相關資料，該地鐵隧道區(qū)間采用礦山法施工，小導管輔助支護?；娱_挖支護結構采用支護樁結構，樁間予以咬合連接，為了便于分析計算，在建立模型時將咬合樁簡化成為樁墻結構。依據(jù)樁墻和樁兩者之間的換算關系，地鐵隧道一側的前、后排樁在簡化為樁墻的厚度分別為1.052 m和0.814 m。地鐵隧道對面的前(樁間設置單管旋噴咬合樁)、后排樁在簡化為樁墻的厚度分別為0.723 m和0.596 m。圖1為生成初始地應力的有限元模型。

圖1 初始地應力有限元模型

2.2 基坑開挖施工對地鐵隧道的影響

有限元計算分五步進行，分為生成地鐵隧道、第一步開挖、第二步開挖、第三步開挖，在完成地鐵隧道生成后將計算結果歸零。

分析表明，在基坑開挖施工時，支護樁側向變形發(fā)生朝基坑方向；在基坑開挖完成后，地鐵隧道發(fā)生的位移同樣朝向基坑方向，同時還有一定的上浮現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)表1基坑開挖施工前排樁的水平位移數(shù)值分析，支護樁在第一步開開挖時產(chǎn)生的水平位移很小，支護樁在第二、三步開挖時產(chǎn)生的水平位移有所增大。同時由于支護樁埋深超出基坑底部和支護樁發(fā)生的嵌固作用，在支護樁的底部發(fā)生了與上部相反的水平位移。

表1 基坑開挖過程中前排支護樁的水平位移

表2為基坑開挖施工中左線地鐵隧道的位移和變形數(shù)據(jù)分析，由于基坑開挖致使地鐵隧道朝基坑方向發(fā)生了位移(最大水平位移為-2.23 mm)；地鐵隧道向上也發(fā)生位移(最大垂直位移為2.37 mm)；同時地鐵隧道還發(fā)生了橫鴨蛋變形(最大橫、豎向收斂變形分別為0.93 mm和-0.99 mm)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，在基坑的第2、3步開挖過程中引起的隧道的位移與變形較大，由于第三步開挖的土體距地鐵隧道最近，因此，對左線地鐵隧道產(chǎn)生較大的影響主要發(fā)生在第三步開挖過程中，致使對地鐵隧道產(chǎn)生了較大的影響。

表2 基坑開挖過程中左線隧道的位移與變形 單位：mm

3 結 論

基坑開挖對地鐵隧道的影響分析結果表明，左線地鐵隧道的最大水平、垂直位移分別為-2.30 mm和2.37 mm，最大橫向、豎向向收斂變形分別為0.93 mm和0.99 mm，左線地鐵隧道由于基坑開挖施工的影響，產(chǎn)生了向上的豎向位移和朝基坑方向的水平位移，并且發(fā)生橫鴨蛋收斂變形；右線地鐵隧道收到基坑開挖施工的影響均在0.01 mm以內。

綜合分析，既有運營地鐵隧道受到建筑基坑開挖的施工影響很小，位移及變形數(shù)值均未超出地鐵保護標準范圍(5 mm)。因此，為了最大限度消除地鐵隧道受到基坑施工的不利影響，在施工過程中，強化施工動態(tài)監(jiān)測，同時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)預先針對性的采取安全有效的保護措施，從而確保位移、收斂變形都控制在地鐵保護范圍內(5 mm)，消除基坑施工對地鐵隧道造成的安全隱患，保障施工的順利進行。

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