冉岸綠， 李明廣， 陳錦劍，2，*， 王建華，2

(1. 上海交通大學(xué)土木工程系， 上海 200240； 2. 海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200240)

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共用地下連續(xù)墻深基坑影響下地鐵車站與隧道節(jié)點(diǎn)變形分析

冉岸綠1， 李明廣1， 陳錦劍1，2，*， 王建華1，2

(1. 上海交通大學(xué)土木工程系， 上海 200240； 2. 海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200240)

為了分析深基坑與地鐵車站共用地下連續(xù)墻影響下車站和隧道連接節(jié)點(diǎn)的變形特性，保護(hù)地鐵線路運(yùn)營的整體安全，通過現(xiàn)場測試和數(shù)值模擬展開研究。根據(jù)上海地區(qū)深基坑與地鐵車站共用地下連續(xù)墻工程實(shí)例的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，分析了開挖施工過程中車站與地鐵盾構(gòu)隧道的豎向位移分布特征，并采用三維數(shù)值模型研究了共用地下連續(xù)墻深基坑開挖深度、相對位置對車站與隧道節(jié)點(diǎn)變形的影響，探討了車站與隧道節(jié)點(diǎn)的曲率半徑、相對彎曲的發(fā)展變化規(guī)律，并判斷其安全狀態(tài)。測試結(jié)果與數(shù)值分析均表明，車站與隧道節(jié)點(diǎn)變形比隧道最大沉降處更加不利；節(jié)點(diǎn)的曲率半徑隨基坑開挖深度的增加而減小，相對彎曲隨基坑開挖深度的增加而增加；基坑與車站完全共用地下連續(xù)墻或遠(yuǎn)離隧道時，節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑相對較大。

共用地下連續(xù)墻； 深基坑； 地鐵車站； 盾構(gòu)隧道； 節(jié)點(diǎn)； 曲率半徑； 安全性態(tài)

0 引言

隨著城市地鐵網(wǎng)絡(luò)越來越密集、地下工程建設(shè)越來越多，兩者的相互影響和沖突也日益突出。作為城市生命線工程的地鐵結(jié)構(gòu)對鄰近地下工程施工提出了嚴(yán)苛的保護(hù)要求，深基坑對既有地鐵車站與區(qū)間隧道的影響及控制，已成為隧道與地下工程領(lǐng)域的重要課題[1-3]。國內(nèi)外很多學(xué)者通過現(xiàn)場實(shí)測[4-5]和數(shù)值分析[6]等手段研究了基坑開挖對地鐵的影響規(guī)律，并提出了一系列保護(hù)控制對策和施工工藝[7-8]。但現(xiàn)有研究主要關(guān)注地鐵區(qū)間隧道在緊鄰基坑施工影響下的響應(yīng)規(guī)律與控制保護(hù)，鮮有對地鐵車站與隧道連接節(jié)點(diǎn)受力變形性狀的研究。

在與地鐵車站一體化綜合開發(fā)的地下工程[9]和既有地鐵車站擴(kuò)展為換乘樞紐[10]等工程中，新建基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常部分結(jié)合既有地鐵車站外墻，兩者地下結(jié)構(gòu)完全連接成一個整體，此時，車站在共用地下連續(xù)墻作用下很可能出現(xiàn)隆起變形[11]，而地鐵隧道會隨周圍土體的沉降而下沉[12-13]。車站與隧道的差異變形將導(dǎo)致其連接部位形成一個敏感的薄弱節(jié)點(diǎn)，容易發(fā)生損壞[14-15]，對地鐵的安全運(yùn)行產(chǎn)生重大的安全隱患。因此，為保障類似工程的地鐵運(yùn)營安全，有必要對車站與隧道節(jié)點(diǎn)在共用地下連續(xù)墻深基坑施工影響下的變形性能展開研究，并提出相應(yīng)的保護(hù)控制措施。

本文結(jié)合工程實(shí)測數(shù)據(jù)分析了共用地下連續(xù)墻深基坑對地鐵車站與隧道連接節(jié)點(diǎn)的變形性狀和安全狀態(tài)的影響，進(jìn)而采用三維數(shù)值分析探討了車站與隧道節(jié)點(diǎn)的一般響應(yīng)規(guī)律，分析了共用地下連續(xù)墻基坑的開挖深度及相對位置等因素對節(jié)點(diǎn)的影響。

1 現(xiàn)場測試分析

1.1 工程概況

上海某深基坑工程的平面布置及與既有地鐵的關(guān)系如圖1所示[8]?；悠矫鏋槿切?，開挖面積約3萬m2，地鐵6號線明挖暗埋區(qū)間的地下結(jié)構(gòu)從基坑中部長距離穿越，基坑一側(cè)緊鄰地鐵換乘車站和4號線區(qū)間盾構(gòu)隧道。為保護(hù)地鐵運(yùn)營安全，采用地下連續(xù)墻將基坑分為2個大基坑和15個小基坑，大基坑(B1和A1)開挖深度為23 m，小基坑開挖深度約20 m。基坑圍護(hù)采用40 m深的地下連續(xù)墻，大基坑設(shè)置5道鋼筋混凝土支撐，小基坑設(shè)置4道鋼筋混凝土支撐?；娱_挖先后順序?yàn)锽1—B2—A1—B7—A7—B3—B5—B8—A3—B6—A5—A8—B4—A4—A6—A2—B9。

圖1 基坑與地鐵相對位置關(guān)系(單位：m)

1.2 共用地下連續(xù)墻基坑與地鐵關(guān)系分析

圖1表明基坑與4號線車站、6號線明挖暗埋隧道共用地下連續(xù)墻，使得鄰近盾構(gòu)隧道與車站等地下結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)以下2種情況：4號線的節(jié)點(diǎn)1為基坑開挖同時影響地鐵車站和盾構(gòu)隧道的情況；位于基坑中部的6號線明挖暗埋地下結(jié)構(gòu)，其整體剛度和性狀類似于地鐵車站，因此與盾構(gòu)隧道連接的節(jié)點(diǎn)2為基坑開挖僅影響地下結(jié)構(gòu)而不影響盾構(gòu)隧道的情況。

1.3 地鐵實(shí)測沉降結(jié)果分析

基坑開挖過程中地鐵4號線豎向位移分布曲線的變化見圖2。由圖2可知，由于基坑與地鐵車站共用地下連續(xù)墻，當(dāng)B1開挖結(jié)束時，車站發(fā)生明顯隆起，而隧道發(fā)生更明顯的沉降，導(dǎo)致車站和隧道在連接節(jié)點(diǎn)處差異變形較大。當(dāng)A1開挖結(jié)束時，由于A1正對車站左部，車站左部隆起增加，而車站右部隆起略微減小，同時隧道沉降明顯減小。因此，當(dāng)基坑開挖規(guī)模較大時，利用時空效應(yīng)處理方式，對地鐵有一定的保護(hù)效果。當(dāng)鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的小基坑B7、A7、B8和B6開挖結(jié)束時，由于距離地鐵結(jié)構(gòu)很近，使車站的隆起和隧道的沉降進(jìn)一步增大，導(dǎo)致車站與隧道連接節(jié)點(diǎn)處的差異變形進(jìn)一步增大。

圖2 4號線各工況下地鐵隆沉曲線圖

1.4 節(jié)點(diǎn)安全性態(tài)分析

由圖2可知，當(dāng)基坑與地鐵車站共用地下連續(xù)墻時，車站發(fā)生隆起而隧道發(fā)生沉降，車站與隧道連接節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)了豎向位移差。這種因差異沉降引起的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角，將可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)較大的裂縫而威脅地鐵的運(yùn)營安全。為合理評估節(jié)點(diǎn)的安全性態(tài)，應(yīng)采用曲率半徑和相對彎曲等指標(biāo)分析節(jié)點(diǎn)的受力變形狀態(tài)[16]。

在已知隧道結(jié)構(gòu)沉降分布曲線的情況下，其曲率半徑可通過式(1)求解

(1)

式中：R為所求曲率半徑； y為沉降隨距離的分布函數(shù)； y′為沉降曲線y對距離的一階導(dǎo)數(shù)； y″為沉降曲線y對距離的二階導(dǎo)數(shù)。

實(shí)際沉降數(shù)據(jù)為離散點(diǎn)，可通過三次B樣條函數(shù)擬合數(shù)據(jù)，再代入式(1)求解各點(diǎn)的曲率半徑。節(jié)點(diǎn)的相對彎曲可通過式(2)求解

(2)

式中：yi表示節(jié)點(diǎn)i處的沉降；xi表示節(jié)點(diǎn)i處的坐標(biāo)；Δ表示相鄰2節(jié)點(diǎn)沉降差；L表示2節(jié)點(diǎn)間距。

將各工況下地鐵4號線的車站最大隆起值、隧道最大沉降值以及節(jié)點(diǎn)1安全性態(tài)評價指標(biāo)匯總于表1。由表1可知，節(jié)點(diǎn)1的變形比隧道最大沉降處更不利，當(dāng)基坑與地鐵車站共用地下連續(xù)墻時，車站與隧道連接節(jié)點(diǎn)的安全性狀分析對于地鐵的安全運(yùn)行非常重要。

表1 4號線節(jié)點(diǎn)1各工況開挖引起的節(jié)點(diǎn)變形

4號線節(jié)點(diǎn)1和6號線節(jié)點(diǎn)2的曲率半徑隨開挖工況的變化曲線見圖3。結(jié)果表明，隨著基坑的開挖，車站與隧道節(jié)點(diǎn)的受力變形會出現(xiàn)不滿足保護(hù)要求的情況。雖然實(shí)際工程中采取了化整為零、由遠(yuǎn)及近的開挖方式等保護(hù)措施，但仍可能出現(xiàn)曲率半徑小于15 000 m(安全判別指標(biāo)[16])的工況，且有曲率半徑隨著開挖深度增加而逐漸減小的趨勢。在B1坑開挖過程中，6號線節(jié)點(diǎn)2的曲率半徑大于4號線節(jié)點(diǎn)1，說明基坑與節(jié)點(diǎn)的相對位置關(guān)系對車站與隧道連接節(jié)點(diǎn)的受力變形有影響，節(jié)點(diǎn)位于基坑開挖范圍以外比位于開挖范圍以內(nèi)受力更有利。在最后的小基坑開挖時，開挖規(guī)模雖小，但距離車站最近，所以4號線節(jié)點(diǎn)的曲率半徑進(jìn)一步減小，且逐漸減小到15 000 m以下。

圖3 連接處曲率半徑分布圖

2 數(shù)值模擬分析

上述實(shí)測結(jié)果分析表明：當(dāng)基坑與地鐵車站共用地下連續(xù)墻時，車站與隧道的連接節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)敏感變形，且比隧道最大沉降處更為不利，同時變形性狀受開挖工況與位置等因素的影響。為研究共用地下連續(xù)墻基坑對節(jié)點(diǎn)影響的一般規(guī)律，采用三維數(shù)值方法對此模擬分析。

2.1 分析模型與方法

前述工程開挖面積約3萬m2，規(guī)模很大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一方面，如果建立與實(shí)際工程完全相同的模型，計(jì)算效率會很低；另一方面，當(dāng)基坑開挖規(guī)模較大時，基坑的形狀與面積對基坑開挖變形規(guī)律的影響較小。為反映一般規(guī)律，將基坑與地鐵的關(guān)系簡化如圖4所示，其中a表示基坑在車站一側(cè)的長度，b表示基坑在隧道一側(cè)的長度，通過調(diào)整a、b的數(shù)值改變基坑和車站的相對位置。

圖4 深基坑與地鐵車站共用地下連續(xù)墻的平面關(guān)系簡化模型

Fig. 4 Simplified model of deep foundation pit sharing a same underground diaphragm wall with Metro station

根據(jù)圖4中基坑與車站及隧道的相對位置關(guān)系，采用FLAC 3D有限元軟件建立如圖5所示的有限元模型，其中1、2、3、4號剖面用以分析結(jié)構(gòu)和土體變形。基坑長和寬均為100 m，a和b均為50 m，基坑為地下3層，最大開挖深度為18 m，地下連續(xù)墻深度為38 m。基坑分5層開挖，開挖深度分別為2 m、6 m、10 m、14 m和18 m，為了簡化分析，支撐設(shè)置在各層開挖面。采用間隔6 m的正交鋼筋混凝土支撐，支撐截面為 1 m×1 m，同時在支撐正交點(diǎn)布置立柱樁，樁端深度為48 m。車站為地下3層，長150 m，寬24 m，地下結(jié)構(gòu)樓板的梁板體系等效為0.5 m厚的板，底板厚度為1 m，立柱截面為1 m×1 m。車站原地下連續(xù)墻深度為34 m，厚度為1 m。隧道直徑為6 m，隧道管片的厚度為0.35 m，隧道中心位置埋深為12 m，隧道中軸線與基坑平行。

(a)

(b)

土體采用三維八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，支撐采用梁單元，立柱樁采用樁單元，地下連續(xù)墻、結(jié)構(gòu)墻體和隧道采用殼單元，模型共計(jì)158 760個單元。模型左右兩側(cè)面設(shè)置x方向的位移約束，前后兩側(cè)面設(shè)置y方向約束，底面設(shè)x、y和z方向的位移約束。

隧道與土體之間設(shè)置摩擦接觸[9]，摩擦角為20°，隧道未設(shè)置管片接縫而進(jìn)行了強(qiáng)度折算處理[16-17]?；优c車站的地下連續(xù)墻厚度為1 m，彈性模量為30 GPa，墻土之間設(shè)置摩擦接觸，摩擦角為20°。其他混凝土構(gòu)件的彈性模量取為30 GPa，支撐與地下連續(xù)墻、樁之間采用剛接。采用摩爾-庫侖本構(gòu)模型模擬土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，彈性模量取土體小應(yīng)變條件下土體彈性模量的一半[18]。土層分布及其參數(shù)取值參考上海地區(qū)代表性指標(biāo)[19]，如表2所示。在基坑開挖過程中，認(rèn)為砂土為排水條件，φ取有效內(nèi)摩擦角，c取0；黏土為不排水條件，φ取0，c取不排水抗剪強(qiáng)度。

表2 土層分布與計(jì)算參數(shù)[19]

2.2 基本模型計(jì)算結(jié)果

不同開挖深度時基坑地下連續(xù)墻的側(cè)移曲線如圖6所示，當(dāng)開挖深度為2 m時，由于未設(shè)支撐，地下連續(xù)墻變形趨勢與懸臂梁相同；當(dāng)開挖深度逐漸增加且設(shè)置支撐后，地下連續(xù)墻的側(cè)移不斷增加且最大側(cè)移出現(xiàn)在開挖面附近，其變形規(guī)律與經(jīng)典的變形理論以及實(shí)際工程中地下連續(xù)墻的變形規(guī)律相同，所以認(rèn)為有限元計(jì)算結(jié)果可靠。開挖結(jié)束時地鐵結(jié)構(gòu)和基坑地下連續(xù)墻變形如圖7所示，開挖結(jié)束時圖5中4個剖面處地下連續(xù)墻和坑外土體的變形情況如表3所示，其中水平位移均指向坑內(nèi)，豎向位移中正值表示隆起，負(fù)值表示沉降。由表3可知，由于車站整體剛度大，約束了地下連續(xù)墻向坑內(nèi)的運(yùn)動，所以車站一側(cè)的土體未發(fā)生明顯變形。在隧道一側(cè)車站約束作用較小，圍護(hù)墻側(cè)移較大，故土體沉降較車站部分大，但小于其他3邊地下連續(xù)墻側(cè)移和地表沉降。

圖6 地下連續(xù)墻側(cè)移圖

(a) 地鐵結(jié)構(gòu)沉降圖

(b) 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)沉降圖

表3 位移統(tǒng)計(jì)表

由于基坑與車站共用地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻受坑底土體回彈影響有隆起趨勢，因此，最終車站和該邊地下連續(xù)墻總體呈隆起趨勢。而其他3邊由于坑外土體沉降很大，使得地下連續(xù)墻受其影響有較大的向下運(yùn)動趨勢，最終地下連續(xù)墻呈現(xiàn)輕微下沉的趨勢。為深入研究地鐵線路變形規(guī)律，取出距基坑最近的一條隧道底部的隆沉結(jié)果和車站的隆沉結(jié)果，如圖8所示。其中橫坐標(biāo)0點(diǎn)表示節(jié)點(diǎn)位置，左側(cè)為車站一側(cè)，右側(cè)為隧道一側(cè)，50到-50區(qū)間內(nèi)為基坑正對區(qū)域。結(jié)果顯示除基坑正對區(qū)域以外，隧道的變形分布類似于土體沉降，但由于車站影響，隧道沉降在靠近地鐵車站處明顯小于土體沉降。與深基坑共用地下連續(xù)墻的車站結(jié)構(gòu)因基坑卸荷作用而出現(xiàn)上抬位移，車站與隧道節(jié)點(diǎn)處的變形曲線出現(xiàn)了明顯拐點(diǎn)。

2.3 節(jié)點(diǎn)安全性分析

圖9為車站與隧道節(jié)點(diǎn)附近的地鐵豎向位移和曲率半徑分布圖。由圖9可知，節(jié)點(diǎn)的曲率半徑遠(yuǎn)小于隧道最大沉降處的曲率半徑，且小于15 000 m；此外，節(jié)點(diǎn)的相對彎曲為1/1 700，大于1/2 500，其他部位的相對彎曲均小于1/2 500。因此，當(dāng)共用地下連續(xù)墻基坑開挖時，節(jié)點(diǎn)的受力變形狀況比地鐵線路的其他部位更加不利，并可能達(dá)到隧道保護(hù)控制要求，與前述實(shí)例分析得到的結(jié)論一致。

圖8 地鐵線路與對應(yīng)土體沉降曲線圖

圖9 基礎(chǔ)模型的沉降曲線和曲率半徑分布圖

Fig. 9 Deformation curve and curvature radius of Metro station and shield tunnel

2.4 主要因素參數(shù)分析

2.4.1 基坑開挖深度的影響

采用上述分析模型和參數(shù)，不同開挖深度時的地鐵變形分布如圖10所示。由圖10可知，除開挖深度2 m時以外，節(jié)點(diǎn)處均出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)。當(dāng)開挖深度達(dá)到10 m以后，車站的隆起增加緩慢，隧道的沉降迅速增加。車站與隧道節(jié)點(diǎn)和隧道最大沉降處曲率半徑隨開挖深度的發(fā)展變化曲線如圖11所示。結(jié)果表明，當(dāng)開挖深度達(dá)到6 m時，雖然隧道沉降較小，但因車站隆起明顯，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)曲率半徑迅速減小到10 000 m左右。當(dāng)挖深繼續(xù)增加時，車站的隆起繼續(xù)增加，隧道的沉降也不斷增大，使節(jié)點(diǎn)車站與隧道的變形差異越來越大，節(jié)點(diǎn)的曲率半徑進(jìn)一步減小。所以，當(dāng)基坑與車站共用地下連續(xù)墻時，由于車站隆起而隧道沉降，兩者的差異變形較大，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的曲率半徑很小，需要在類似工程中采取相應(yīng)的保護(hù)措施控制車站隆起和隧道沉降，以確保地鐵安全運(yùn)行，得到的結(jié)論與前述實(shí)例分析所得結(jié)論一致。

圖10 開挖深度對地鐵沉降的影響

圖11 連接處曲率半徑分布圖

2.4.2 基坑位置的影響

改變圖4中a和b2個參數(shù)的取值，從而分析基坑相對位置的不同影響。基坑開挖深度保持為18 m。將所有情況的節(jié)點(diǎn)曲率半徑和相對彎曲匯總于表4中。結(jié)果表明，當(dāng)完全共用地下連續(xù)墻時的節(jié)點(diǎn)曲率半徑比基坑均勻分布時要小，與工程實(shí)例分析得到的結(jié)論一致。同時，將a+b=150 m和a+b=125 m分別對應(yīng)的2種位置情況對比分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基坑開挖長度一定時，基坑偏于隧道一側(cè)比偏于車站一側(cè)對車站與隧道連接節(jié)點(diǎn)受力變形更有利，與相對彎曲的計(jì)算結(jié)果分析得到結(jié)論一致。

表4 不同基坑位置的節(jié)點(diǎn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

Table 4 Curvature radius and relative bending of joint between shield tunnel and Metro station under different positions of foundation pit

長度/m曲率半徑/m相對彎曲備注a=50,b=10024001/1550與隧道同側(cè)坑長100ma=100,b=5021001/1300與車站同側(cè)坑長100ma=50,b=7525001/1600與隧道同側(cè)坑長75ma=75,b=5023001/1450與車站同側(cè)坑長75ma=50,b=5027001/1700基坑均勻分布a=100,b=036001/2200 基坑與車站完全共用地下連續(xù)墻

3 結(jié)論與討論

本文結(jié)合現(xiàn)場測試和數(shù)值分析研究了新建深基坑與地鐵車站共用地下連續(xù)墻情況下的開挖施工對車站和隧道節(jié)點(diǎn)變形的影響，并探討了不同因素的影響規(guī)律，可為今后類似工程中地鐵的保護(hù)提供參考。

1)工程測試與數(shù)值分析均表明，共用地下連續(xù)墻深基坑開挖引起車站結(jié)構(gòu)上浮和坑外盾構(gòu)隧道下沉，從而導(dǎo)致車站與隧道節(jié)點(diǎn)的差異變形顯著，其曲率半徑甚至小于隧道最大沉降處，即最不利位置出現(xiàn)在車站與隧道的連接節(jié)點(diǎn)位置。

2)基坑開挖深度和基坑與車站相對位置關(guān)系會影響節(jié)點(diǎn)處受力和變形。節(jié)點(diǎn)的曲率半徑隨著開挖深度的增加而減小，相對彎曲隨著開挖深度的增加而增大。當(dāng)基坑與車站完全共用地下連續(xù)墻時，主要影響車站隆起，而對隧道沉降影響較小，節(jié)點(diǎn)曲率半徑大于基坑均勻分布在節(jié)點(diǎn)兩側(cè)時。

3)本文重點(diǎn)討論了以往研究中較少關(guān)注的地鐵車站與隧道連接節(jié)點(diǎn)在基坑影響下的變形與控制問題，側(cè)重節(jié)點(diǎn)受力變形的整體性狀，對節(jié)點(diǎn)具體構(gòu)造形式和基坑施工措施進(jìn)行了適當(dāng)簡化，今后的研究可以開展進(jìn)一步的細(xì)化和深入探討。

[2] HU Z F, YUE Z Q, ZHOU J, et al. Design and construction of a deep excavation in soft soils adjacent to the Shanghai Metro tunnels[J]. Canadian Geotechnical Journal,2003,40(5): 933-948.

[3] 丁加亮, 陳江, 余富先, 等. 深圳地鐵 11號線車公廟綜合交通樞紐工程兩相鄰基坑開挖對下臥運(yùn)營隧道的影響[J]. 隧道建設(shè),2015,35(9): 867-872.(DING Jialiang, CHEN Jiang, YU Fuxian, et al. Effect of foundation pit excavation on existing underlying tunnel: Case study of Chegongmiao comprehensive transportation hub on Line 11 of Shenzhen Metro[J]. Tunnel Construction,2015,35(9): 867-872.(in Chinese))

[4] Huang X, Schweiger H F, Huang H W. Influence of deep excavations on nearby existing tunnels[J]. International Journal of Geomechanics,2015,13(2): 170-180.

[5] 胡海英, 張玉成, 楊光華, 等. 基坑開挖對既有地鐵隧道影響的實(shí)測及數(shù)值分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2014,36(增刊2): 431-439.(HU Haiying,ZHANG Yucheng,YANG Guanghua,et al. Measurement and numerical analysis of effect of excavation of foundation pits on Metro tunnels[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2014,36(S2): 431-439.(in Chinese))

[6] ZHENG Gang, WEI Shaowei. Numerical analysis of influence of overlying pit excavation on existing tunnels[J]. Journal of Central South University of Technology,2010,15(S2): 69-75.

[7] ZHANG Zhiguo, HUANG Maosong, WANG Weidong. Evaluation of deformation response for adjacent tunnels due to soil unloading in excavation engineering[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2013,38(3): 244-253.

[8] CHEN Jinjian, ZHU Yanfei, LI Mingguang,et al. Novel excavation and construction method of an underground highway tunnel above operating Metro tunnels[J]. Journal of Aerospace Engineering,2014,28(6): A4014003.

[9] 李明廣,徐安軍,董鋒,等. 下穿運(yùn)營高鐵及地鐵的交通樞紐深基坑數(shù)值分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào),2014,36(增刊2): 386-390.(LI Mingguang, XU Anjun, DONG Feng, et al. Numerical study of a deep excavation of transportation hub underlying operating railways and a Metro station[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2014,36(S2): 386-390.(in Chinese))

[10] 于松, 許抒. 既有地鐵車站結(jié)構(gòu)單側(cè)卸載工況下的變形控制技術(shù)[J]. 建筑施工,2008,30(5): 352-355.(YU Song, XU Shu. Deformation control technique for Metro station structure under unilateral unloading condition[J]. Building Construction,2008,30(5): 352-355.(in Chinese))

[11] 丁樂. 基坑開挖對鄰近地鐵車站安全影響的三維有限元分析：以西朗公交樞紐站為例[J]. 隧道建設(shè),2015,35(4): 328-334.(DING Le. Case study of 3D finite element analysis on influence of cutting of foundation pit on safety of existing adjacent Metro station[J]. Tunnel Construction,2015,35(4): 328-334.(in Chinese))

[12] 陳錦劍,王建華,杜毅,等. 兩側(cè)深基坑開挖影響下淺埋運(yùn)營隧道的位移特性[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào),2011,7(6): 1163-1167,1173.(CHEN Jinjian, WANG Jianhua, DU Yi, et al. Movement of the shallow operating tunnel due to adjacent deep excavation on both sides[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2011,7(6): 1163-1167,1173.(in Chinese))

[13] Sharma J S, Hefny A M, Zhao J, et al. Effect of large excavation on deformation of adjacent MRT tunnels[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2001,16(2): 93-98.

[14] Chang C T, Sun C W, Duann S W, et al. Response of a Taipei Rapid Transit System (TRTS) tunnel to adjacent excavation[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2001,16(3): 151-158.

[15] 王芳,汪挺,賀少輝,等. PBA法擴(kuò)挖大直徑盾構(gòu)隧道修建地鐵車站時結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的受力分析[J]. 中國鐵道科學(xué),2013,34(5): 54-62.(WANG Fang, WANG Ting, HE Shaohui, et al. Mechanical behavior of critical joints in enlarging large diameter shield tunnel by PBA method to build Metro station[J]. China Railway Science,2013,34(5): 54-62.(in Chinese))

[16] 葉耀東. 軟土地區(qū)運(yùn)營地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形及健康診斷方法研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2007.(YE Yaodong. Research on deformation and method of health diagnose of operational subway structures in soft soil[D]. Shanghai: Tongji University,2007.(in Chinese))

[17] 張俊峰. 軟土地區(qū)基坑對下臥隧道變形的影響與控制研究[D].上海：上海交通大學(xué),2013.(ZHANG Junfeng. Tunnel displacement induced by above excavations in soft soils and its controlment[D].Shanghai: Shanghai Jiaotong University,2013.(in Chinese))

[18] Ou C Y, Shiau B Y, Wang I W. Three-dimensional deformation behavior of the Taipei National Enterprise Center (TNEC) excavation case history[J]. Canadian Geotechnical Journal,2011,37(2): 438-448.

[19] Burd H, DONG Yuepeng，Houlsby G T. Finite-element analysis of a deep excavation case history[J]. Géotechnique,2015,66(1): 1-15.

打造國內(nèi)最長城市隧道群——杭州紫之隧道全線貫通

2016年6月27日，國內(nèi)最長的城市隧道群——杭州市紫之隧道工程全線貫通。紫之隧道北起紫金港路，南至之浦路，全長14.4 km，是目前國內(nèi)最長的城市隧道，是杭州市“二環(huán)、三縱、五橫”快速路網(wǎng)重要組成部分。

隧道通車后將完善杭州市路網(wǎng)，緩解西湖和西溪濕地景區(qū)的地面交通壓力，為往來市中心提供快速通道。

紫之隧道Ⅰ標(biāo)東線隧道段長730 m，需穿越全斷面淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土Ⅵ級圍巖和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化玄武玢巖組成的Ⅴ級圍巖。工程中先后進(jìn)行了多種加固輔助手段，以確保施工環(huán)境安全，其中對淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行大直徑水平高壓旋噴加固在國內(nèi)尚屬首次。針對全風(fēng)化玄武玢巖，加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，修正調(diào)整開挖節(jié)奏和步距，實(shí)現(xiàn)開挖支護(hù)單月最高進(jìn)尺45 m，最終順利貫通。

(摘自 隧道網(wǎng)微信公眾平臺)

Deformation Behaviors of Joint between Shield Tunnel and Underground Station Impacted by Connected Deep Foundation Pit

RAN Anlyu1, LI Mingguang1, CHEN Jinjian1, 2, *, WANG Jianhua1, 2

(1.DepartmentofCivilEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China;2.StateKeyLaboratoryofOceanEngineering,Shanghai200240,China)

Study is made on site testing and numerical simulation, so as to guarantee the safety of the running Metro line and to analyze the deformation behaviors of Metro station and joint between shield tunnel and Metro station under the condition of communal underground diaphragm wall between deep foundation pit and Metro station in Shanghai area. The vertical displacements of Metro station and shield tunnel are analyzed. The influence of excavation depth and relative position of foundation pit on Metro station and joint between shield tunnel and Metro station are analyzed by means of 3D numerical model. The behaviors of curvature radius and relative bending of joint between shield tunnel and Metro station are discussed; and the safety of the joint between shield tunnel and Metro station is estimated. The testing results and numerical simulation results show that: 1) The deformation of joint between shield tunnel and Metro station is serious. 2) The curvature radius of joint between shield tunnel and Metro station decreases with the excavation depth of foundation pit increases; and the relative bending increases with the excavation depth of foundation pit increases. 3) The curvature radius of joint between shield tunnel and Metro station at the total connection section between Metro station and foundation pit is large.

communal underground diaphragm wall; deep foundation pit; Metro station; shield tunnel; connection point; curvature radius; safety state

2015-12-15;

2016-03-07

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41330633)； 上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研項(xiàng)目(13231200402)

冉岸綠(1992—)，男，貴州銅仁人，2016年畢業(yè)于上海交通大學(xué)，土木工程專業(yè)，碩士，從事巖土工程相關(guān)研究工作。E-mail：rananlv@163.com。 *通訊作者：陳錦劍，E-mail: chenjj29@sjtu.edu.cn。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.07.012

U 45

A

1672-741X(2016)07-0844-07