紀(jì)海東

摘要：深基坑施工中的變形控制是設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，當(dāng)深基坑臨近既有地鐵隧道時(shí)尤其重要。本文針對(duì)天津市某工程與緊鄰的地鐵線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間的相互影響分析，采用巖土專(zhuān)業(yè)有限元分析軟件Plaxis，基于地鐵盾構(gòu)完成后的初始應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)地連墻施工、開(kāi)挖卸荷、支撐施工以及拆撐施工整個(gè)基坑施工過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，以此分析臨近既有隧道的變形響應(yīng)。目的是為減小基坑變形對(duì)地鐵盾構(gòu)區(qū)間的影響，提出針對(duì)性建議及保護(hù)措施，進(jìn)而保證地鐵的安全運(yùn)營(yíng)，為以后的工程提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：基坑施工；地鐵區(qū)間；變形控制；數(shù)值模擬

1 引言

基坑開(kāi)挖尤其是深基坑的開(kāi)挖過(guò)程中，土體的開(kāi)挖卸載導(dǎo)致基坑底部土體上覆應(yīng)力的減小，造成基坑土體的回彈，從而對(duì)基坑本身圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境造成一定的影響。當(dāng)基坑開(kāi)挖深度越深或者基坑開(kāi)挖面積越大，這種影響就越顯著。研究表明，基坑開(kāi)挖水平影響距離約為4 倍開(kāi)挖深度。其中1 倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，影響最為顯著，坑外最大地表沉降發(fā)生在距擋土墻0.5～0.7 倍開(kāi)挖深度處，隨著

與擋土墻距離的增加，地表沉降迅速減小。一般將距擋土墻1 倍深度范圍作為基坑開(kāi)挖的主要影響區(qū)，距擋土墻1倍至2倍開(kāi)挖深度作為基坑開(kāi)挖的次要影響區(qū)，而2 倍開(kāi)挖深度外的影響就很小了。

近年來(lái)，隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的基坑工程會(huì)不可避免地在地鐵車(chē)站及隧道沿線(xiàn)進(jìn)行施工，而基坑的施工必然會(huì)引起周邊環(huán)境的土體應(yīng)力的變化，進(jìn)而導(dǎo)致相鄰地鐵結(jié)構(gòu)的受力和變形發(fā)生變化。而現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地鐵車(chē)站及隧道的變形要求十分嚴(yán)格，特別是對(duì)已經(jīng)投入使用的地鐵線(xiàn)路要求更加嚴(yán)格。因此為保證地鐵的安全使用，必須選擇合理的設(shè)計(jì)方案、施工工藝等減少基坑工程的施工對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響，以免造成不可挽回的影響。

本文以天津市某工程與鄰近的地鐵線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間為背景，采用巖土專(zhuān)業(yè)有限元分析軟件Plaxis對(duì)基坑開(kāi)挖施工的全過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究該工程的基坑開(kāi)挖對(duì)緊鄰的地鐵線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間的影響分析，為該工程的施工提出一定的控制措施和建議。

2 基坑卸載機(jī)理分析

基坑開(kāi)挖的過(guò)程其實(shí)就是基坑卸載的過(guò)程，而基坑的開(kāi)挖具有 “時(shí)空效應(yīng)” [4]。基坑的開(kāi)挖卸載會(huì)造成坑底土體的隆起，進(jìn)而引起基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形以及基坑周邊土體的移動(dòng)，從而導(dǎo)致地面沉降及坑外地鐵結(jié)構(gòu)的變形。

近年來(lái)，基坑開(kāi)挖面積越來(lái)越大，開(kāi)挖深度也越來(lái)越深。實(shí)測(cè)表明，深大基坑由于卸荷量大、施工時(shí)間長(zhǎng)、施工條件復(fù)雜等原因，其開(kāi)挖造成的基坑外地表沉降范圍和沉降量相對(duì)以往的窄基坑都要大得多，卸荷對(duì)鄰近地鐵結(jié)構(gòu)以及其他市政設(shè)施的影響也要復(fù)雜得多。

3 工程概況

天津某工程項(xiàng)目含兩棟34層的住宅樓，一棟10層的住宅樓，一棟8層的住宅樓，以及一棟19層的寫(xiě)字樓及其3層裙房（1號(hào)樓）組成，本工程地上5棟主樓以及局部裙房地下連通，整個(gè)地塊包含三層地下室，基坑面積約1萬(wàn)平方米。

該基坑設(shè)計(jì)三層地下室，開(kāi)挖深度達(dá)13.75m，屬一級(jí)基坑?；幽蟼?cè)毗鄰地鐵線(xiàn)隧道，基坑開(kāi)挖施工對(duì)地鐵線(xiàn)的影響是不可避免的，因此在施工期間應(yīng)對(duì)地鐵線(xiàn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，為判斷既有線(xiàn)結(jié)構(gòu)安全狀況及時(shí)提供依據(jù)，對(duì)可能存在的危險(xiǎn)及時(shí)處理，確保地鐵線(xiàn)的安全運(yùn)營(yíng)。

4 計(jì)算分析

4.1 有限元模型及網(wǎng)絡(luò)劃分

圖2 幾何模型

地鐵線(xiàn)區(qū)間位于基坑南側(cè)，為盾構(gòu)區(qū)間。盾構(gòu)隧道外徑6.4m，管片厚度350mm，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)埋深18.2m，距基坑地連墻20.5m。為保證基坑施工期間地鐵線(xiàn)路的正常運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)取距基坑最近的一地鐵區(qū)間斷面進(jìn)行模擬計(jì)算。幾何模型見(jiàn)圖2。

4.2 計(jì)算參數(shù)選取

土的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1，地下水位標(biāo)高為-1.0m。

4.4 有限元計(jì)算結(jié)果

圖 4 至7 為基坑施工完成，拆除第一道支撐后，土體位移場(chǎng)、地連墻與既有隧道的總位移矢量圖。此時(shí)，基坑地連墻側(cè)移達(dá)到最大，由于土體位移場(chǎng)的變化，導(dǎo)致埋藏于其中的既有隧道的位移也達(dá)到最大值。由計(jì)算結(jié)果可知，既有盾構(gòu)隧道最大水平位移2.4mm，最大豎向位移-0.8mm?；娱_(kāi)挖對(duì)既有隧道影響較小。

通過(guò)對(duì)土體變形、結(jié)構(gòu)變形的分析得出以下結(jié)論：

1、基坑的開(kāi)挖對(duì)鄰近的地鐵隧道產(chǎn)生了一定的影響。

2、地鐵隧道的位移情況為在水平方向上朝基坑方向發(fā)生位移，垂直方向上發(fā)生了沉降變化。

3、應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)靠近地鐵區(qū)域支護(hù)結(jié)構(gòu)的保護(hù)和監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

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