臨近地鐵隧道的軟土深基坑施工影響分析

周奇 章敏

摘要：目前，隨著中國城市化進程的加快，高層建筑越來越多，基坑工程也越來越多，往往靠近地鐵隧道?；娱_挖引起的土體應(yīng)力釋放會對鄰近的隧道產(chǎn)生一定的影響。隧道變形過大會導致支護結(jié)構(gòu)開裂、隧道滲水等問題。嚴重時甚至危及行車安全，對人身安全構(gòu)成極大威脅。因此，在深基坑開挖過程中，相鄰隧道的變形分析和安全評價是非常重要的。

關(guān)鍵詞：深基坑開挖;地鐵隧道;數(shù)值模擬

引言

在深基坑開挖過程中，很難避免地鐵隧道原有的平衡和地應(yīng)力的再分配。因此，深基坑開挖會對地鐵隧道的內(nèi)力產(chǎn)生較大影響，甚至會導致地鐵隧道的變形。地鐵隧道變形的標準控制仍然比較嚴格。最大位移不超過20mm，隧道回彈不超過10mm。因此，尋找有效的方法來減少深基坑開挖對地鐵隧道的影響是非常重要的，在深基坑開挖中，應(yīng)充分考慮對地鐵隧道的影響，并進行合理的設(shè)計和規(guī)劃。

1臨近地鐵隧道的軟土深基坑施工內(nèi)容

地鐵作為現(xiàn)代城市的主要交通干線，其安全性非常重要。然而，隨著城市建設(shè)和發(fā)展的需要，地鐵隧道在使用階段不可避免地會受到各種工程活動的影響。鄰近地區(qū)的工程活動是影響隧道的常見因素，包括建筑物基坑開挖。地鐵在中國發(fā)展較晚，只有少數(shù)城市有地鐵，大規(guī)模的城市建設(shè)在近10年才興起。因此，解決城市建設(shè)與發(fā)展與地鐵保護之間的矛盾，對于理論研究和工程實踐都具有重要意義。近年來，一些學者對地鐵基坑工程的實際情況進行了一系列的研究：以地鐵基坑工程的實際情況為基礎(chǔ)，基于基坑工程施工對周邊建筑和地鐵隧道的影響，闡述了基坑工程中應(yīng)考慮的環(huán)境影響，分析總結(jié)了一些有效的處理措施和解決方案，提出在勘察和初步設(shè)計中應(yīng)充分考慮各種影響因素;以基坑工程下的既有隧道防護為工程背景，結(jié)合軟土基坑隆起變形和軟土卸載模量的殘余應(yīng)力法，本文探討了基坑支護措施及基坑工程時空效應(yīng)的施工方法，以控制民用建筑基坑下仰拱隧道的抗拔變形。

2軟土基坑變形機理研究

在基坑開挖過程中，基坑開挖面受荷載的影響，基坑底部容易發(fā)生向上土體位移。同時，也會導致?lián)跬翂υ趦蓚?cè)壓差的作用下發(fā)生水平位移，導致墻外位移。在這種情況下，開挖基坑時，由于基坑底部的隆起和擋土墻的位移，容易引起周圍地層移動。此外，在基坑支護結(jié)構(gòu)施工中，基坑開挖引起的漏失、漏失等安全事故通常是基坑變形。結(jié)合復雜的地質(zhì)情況對影響基坑開挖變形的因素進行簡單分析。通過對工程項目區(qū)域的地質(zhì)、水文以及施工項目復雜性的分析，可將影響基坑開挖變形的主要因素氛圍以下幾個方面：（1）圍護結(jié)構(gòu)。圍護結(jié)構(gòu)包含圍護墻體的厚度、支撐體系的剛度以及實際的插入深度等。支撐平面的剛度通常較強，而基坑變形的程度一般取決于EI/h4（EI為剛度;h為支撐豎向間距），也就是說支撐的道數(shù)對變形效果的控制比較明顯。而在圍護結(jié)構(gòu)中，墻體插入的深度越大其抗隆起的穩(wěn)定系數(shù)就越高，特別是在軟土地區(qū)，合理地提升插入深度能夠有效地減小墻體以及墻體周邊地層的位移。（2）加固地基。在基坑開挖過程中，合理地在基坑中增加堅實的地基，可以有效地提高土體的強度和剛度，從而有效地控制基坑周圍地層的位移。此外，還有其他因素。例如，在基坑開挖過程中，一旦出現(xiàn)滲水和流沙，周圍的地層就會受到干擾，基坑變形。因此，當面對受保護對象時，可采用跟蹤灌漿或預加固等措施防止其發(fā)生。

3工程概況

在項目建設(shè)中，它位于城市繁華地區(qū)，將涉及主要交通道路。它非常靠近項目東部的地鐵3號線。本工程總開挖面積為4339.34㎡.基坑的整體形狀為矩形。整個基坑的總長度約為90米，基坑的整體寬度約為55米。如果在基坑施工過程中對地鐵隧道的影響沒有充分考慮，就會產(chǎn)生很大的負面影響。本工程總開挖深度為22.8m?；訓|側(cè)與地鐵隧道平行，最近距離約為9m。因此，應(yīng)更加重視整個項目東部的建設(shè)，并成為重點保護部分。

4電纜隧道結(jié)構(gòu)特點和破壞形式

在纜索頂進隧道施工過程中，通過在基坑后座支撐的液壓千斤頂將管接頭推到土層中，同時將管接頭中的土體挖出運輸。當?shù)谝欢喂艿辣豁斎胪翆訒r，繼續(xù)第二段管道的頂進施工，直到電纜隧道完工。與傳統(tǒng)的軌道交通頂管隧道不同，電纜頂管隧道一般采用插座式，整體剛度小，抗干擾能力差，隧道內(nèi)高壓電纜及電纜支架敷設(shè)密集。在實際工程中，電纜頂管隧道的建設(shè)與城市其它基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)呈現(xiàn)密集交叉的相互關(guān)系，易受到其它施工活動的影響，尤其是基坑施工導致既有隧道的變形和其結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布將可能會引起電纜隧道的損壞。在實際工程中，電纜頂進隧道的施工與其他城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)呈現(xiàn)出密集的交叉關(guān)系，容易受到其他施工活動的影響。特別是，既有隧道的變形和基坑施工引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重新分布，可能會引起電纜隧道的損壞。一般來說，基坑施工對既有電纜頂管隧道的干擾作用主要體現(xiàn)在接頭前后接頭的壓縮和碰撞損傷以及管接頭的過度變形引起的裂縫。因此，研究基坑開挖引起的既有電纜頂管隧道襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化和截面變形問題顯得尤為重要。因此，在不同工況下，以上海典型軟土為代表，利用PLAIXS2D有限元軟件對基坑開挖對軟土地區(qū)既有電纜頂進隧道襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化和橫截面變形的影響規(guī)律進行了分析。

5基坑施工方案及變形控制措施

5.1優(yōu)化基坑設(shè)計

為有效控制淤泥質(zhì)軟土基坑開挖中的變形情況，尤其是針對淤泥質(zhì)黏土的基坑開挖，必須要注重對基坑設(shè)計的優(yōu)化。首先，要確保圍護結(jié)構(gòu)具有足夠的插入深度與剛度。其次，面對地質(zhì)條件極差且基底位于淤泥質(zhì)地層中的長條形基坑，采用抽條加固，需要將加固深度控制在6～10m，并將非抽條區(qū)寬度縮短，在工程地質(zhì)條件極其惡劣的情況下，可采用滿堂加固。第三，科學優(yōu)化支護體系，結(jié)合基坑開挖的長寬比，在保證基坑安全的前提下，合理優(yōu)化“鋼系桿梁”的設(shè)計，減少對開挖時間的影響;對于長期暴露的支撐件，可優(yōu)化為雙鋼支撐（或混凝土支護），從而控制基坑長期累積變形。最后，還需要考慮較低的翻轉(zhuǎn)梁對土方開挖和基坑變形的影響，并減少設(shè)計中較低的翻轉(zhuǎn)梁（或改變上翻梁）的數(shù)量。

5.2分段分區(qū)開挖

根據(jù)基坑開挖的“時空效應(yīng)”理論，基坑開挖施工期對周圍建筑物（結(jié)構(gòu)）的變形影響最大?；娱_挖中，為了盡量減小對周圍建筑物（結(jié)構(gòu)）變形的影響，請采用分區(qū)開挖法。分部開挖應(yīng)遵循“自上而下、垂直分層、縱向分段、槽口檢查、開挖前支護、無腰梁、腰梁島開挖”的施工原則。為了控制基坑變形，應(yīng)開挖鋼支架，建立鋼支架，然后開挖兩側(cè)支撐土的框架支護方式，保證開挖質(zhì)量。（威廉·莎士比亞，哈姆雷特，鋼支架，鋼支架，鋼支架，鋼支架）為了在不影響分層開挖高度的情況下進行開挖機械的反向運輸，每層開挖寬度必須設(shè)置為6m，開挖坡度必須設(shè)置為1：3.5。同時，為減少地下變形，兩側(cè)預留路堤背壓。

5.3施工動態(tài)監(jiān)測

在基坑開挖的過程中，根據(jù)設(shè)計要求實施動態(tài)設(shè)計和信息化施工?；娱_挖至設(shè)計深度時，地表沉降最大值為67mm，圍護結(jié)構(gòu)水平位移最大值為87mm，均超過設(shè)計預警值。通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在基坑開挖過程中，當基坑開挖深度在10m范圍內(nèi)時，地表沉降、圍護結(jié)構(gòu)水平位移均未超過監(jiān)測預警值，且變形增速較緩慢;當基坑開挖深度超過10m時，地表沉降、圍護結(jié)構(gòu)水平位移接近預警值，且增速明顯加快。根據(jù)場地地質(zhì)條件，基坑開挖深度范圍主要為軟弱土，且基坑位于道路下，周邊車流量大，在車輛動荷載長期作用下，軟土極易擾動，自身穩(wěn)定性降低，導致地表沉降量和支護結(jié)構(gòu)變形增大較快，超過設(shè)計預警值。通過進一步分析監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，雖然地表沉降量和圍護結(jié)構(gòu)水平位移超過預警值，但其他監(jiān)測參數(shù)均未預警，且地面道路、圍護結(jié)構(gòu)及建（構(gòu)）筑物未見開裂現(xiàn)象，表明基坑穩(wěn)定性仍可滿足設(shè)計和施工要求。

結(jié)束語

在基坑開挖過程中，必須保證周圍的地理條件得到充分的掌握。對地鐵隧道的深度、長度和距離進行科學設(shè)計和分析。在施工過程中，及時發(fā)現(xiàn)隧道的變形和滲水情況，并結(jié)合實際情況制定有效的防護措施。

參考文獻

[1]陳丹，高林.軟土基坑開挖與鄰近隧道的相互影響分析[J].施工技術(shù)， 2018，47（24）：120-124+142.

[2]宋文新，鄭斌，羅偉錦，楊蘭強.軟土地區(qū)基坑開挖對臨近電力頂管隧道影響研究[J].科技通報，2018，34（11）：197-203+208.

[3]楊嵐.軟土地區(qū)鄰近軌道交通設(shè)施的基坑支護技術(shù)應(yīng)用與分析[J].建筑施工，2018，40（11）：1858-1861+1938.