張萬照 董天軍 胡志敏 卜康正 張龍?jiān)?/p>

(1 中鐵南方投資集團(tuán)有限公司；2 廣州大學(xué)土木工程學(xué)院)

隨著城市快速建設(shè)，在地鐵保護(hù)區(qū)隧道上方的基坑工程項(xiàng)目數(shù)量大幅度增加。因此，研究地鐵隧道上方的基坑工程相關(guān)課題有著十分重要的實(shí)用價(jià)值。

劉國彬等[1，2]考慮基坑開挖后土體殘余應(yīng)力的影響，計(jì)算得到基坑卸載影響范圍內(nèi)土體的隆起量，并將其視為隧道隆起量；吉茂杰[3]考慮了基坑開挖時(shí)空效應(yīng)的影響，在前者基礎(chǔ)上計(jì)算得到更符合實(shí)際工程的隧道隆起量。但兩者均未考慮隧道剛度的影響，計(jì)算得到隧道隆起量與現(xiàn)實(shí)仍有較大偏差。

鑒于此，A t t e w el l 等[4]將地下隧道管線視為W ink l er 地基梁，計(jì)算分析了基坑開挖對(duì)下臥管線的影響。T a k agi 等[5]將A t t e w el l 法運(yùn)用于W in k l er 地基梁，計(jì)算得到基坑開挖引起地下隧道管道隆起量。該簡化計(jì)算結(jié)果雖與實(shí)測(cè)值相差較小，但仍忽略了基坑降水等因素的影響，基坑開挖引起地下隧道管道位移的計(jì)算方法還需深入探究。

By un GW 等[6]通過試驗(yàn)的手段，研究了基坑卸荷對(duì)下方既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)和規(guī)律；梁發(fā)云等[7]通過離心實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了開挖大基坑與分塊開挖小基坑引起地鐵隧道位移與內(nèi)力的變化。

孔令榮等[8]整合并分析了前人基坑卸載引起相鄰隧道監(jiān)測(cè)結(jié)果。分析發(fā)現(xiàn)，若隧道中軸線在坑底以上，隧道橫向位移較大，特別是當(dāng)隧道中軸線與基坑側(cè)壁相距在4m 范圍以內(nèi)時(shí)，隧道橫向位移會(huì)隨著距離的縮小而大幅度增加。

黃兆緯等[9]利用有限元軟件，研究了地基加固、分塊開挖等控制措施的作用效果。研究結(jié)果說明，在這幾種控制隧道隆起的措施中，地基加固效果最明顯。

可見，在目前的工程建設(shè)和學(xué)術(shù)探討中，隧道上方開挖對(duì)地鐵隆起的影響一直是巖土工程行業(yè)中研究的重點(diǎn)。小豎井工法在深圳前海地下開發(fā)工程中，第一次成功應(yīng)用于控制隧道隆起。本文依托工程實(shí)例，通過數(shù)值模擬的手段，對(duì)小豎井工法的豎井寬度、加固形式、加固深度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期為地鐵保護(hù)區(qū)基坑的設(shè)計(jì)與施工提供借鑒。

1 工程概況

深圳市前海地區(qū)位于沿海區(qū)域，軟土層深厚，地質(zhì)條件復(fù)雜，近來建設(shè)開發(fā)強(qiáng)度高，因此已建工程極易受損。本文依托深圳市前海地下公路隧道工程，已建地鐵5、11 號(hào)線在其下方，地下公路隧道基坑采用明挖施工，坑底離地鐵11 號(hào)線隧道最近處為3.3m。原方案運(yùn)用分層分塊開挖基坑，造成下方隧道隆起超過警戒值。后來首次運(yùn)用小豎井工法開挖基坑，極大地減小了下臥隧道隆起，確保了隧道結(jié)構(gòu)安全。

豎井平面為矩形，豎井深度為6～12m，對(duì)于深度較大的豎井建設(shè)兩道中隔墻作支持，豎井平面布置見圖1所示。

小豎井主體結(jié)構(gòu)包括頂部鎖口圈結(jié)構(gòu)、井身圍護(hù)結(jié)構(gòu)、底部抗浮板，小豎井剖面如圖2 所示。

圖1 豎井平面布置圖

圖2 小豎井剖面圖

2 橫向?qū)挾茸兓挠绊?/h2>

利用Midas/gt s 有限元軟件對(duì)該工程項(xiàng)目進(jìn)行模擬，土層參數(shù)數(shù)值取勘察報(bào)告中數(shù)值的平均值，具體如表1 所示。

整體模型橫向?qū)挒?10m，縱向長為160m，高度為35m?；涌拥讬M向?qū)挒?4m，縱向長為77m，兩側(cè)深度為10.4m，中部深度為7.5m，四周按1:1.5 放坡。每個(gè)小豎井橫向?qū)挒?5m，縱向長為5.5m，井深為10.4m，坑底與地鐵隧道中軸線距離為是7m，地鐵隧道管片外直徑為6m，厚度為0.3m。

其中，抗拔樁、鎖口圈梁、豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)、底板等結(jié)構(gòu)采用彈性本構(gòu)模型，重度大小均取23.5k N/m3，彈性模量大小均取3×104M P a，泊松比均取0.22。地鐵隧道管片重度大小取24.5 k N/m3，彈性模量大小取3.45×104M P a，泊松比大小取0.22。

改變豎井橫向?qū)挾?，得到豎井橫向?qū)捵兓瘜?duì)隧道隆起變形影響的計(jì)算結(jié)果如圖3 所示。

圖3 豎井橫向?qū)捵兓瘜?duì)隧道隆起變形影響

由圖3 可知，隧道隆起最大值出現(xiàn)在基坑中點(diǎn)，豎井橫向?qū)挾茸兓瘜?duì)下方既有地鐵隧道隆起的影響范圍始終為0.8 倍的基坑縱向長度。在相同的卸土量和施工條件下，當(dāng)豎井橫向?qū)挾却笥?1.5m 之后，隧道隆起量劇增，所以綜合考慮經(jīng)濟(jì)與豎井橫向?qū)挾茸兓挠?jì)算結(jié)果，小豎井最佳橫向?qū)挾葢?yīng)在8.5～11.5m 之間為宜。

3 坑底加固方式變化的影響

按照?qǐng)D4 改變坑底土體加固方式，得到坑底加固方式變化對(duì)隧道隆起變形影響的計(jì)算結(jié)果，如圖5 所示。

圖4 不同坑底加固方式

表1 巖土體參數(shù)

圖5 坑底加固方式變化對(duì)隧道隆起變形影響

由圖5 可知，3 種坑底加固方式下隧道最大隆起量為23.8mm、20.5mm、19.8mm，比不作坑底加固時(shí)隧道隆起量降低了15.7%，25.9%，27.8%，加固方式2 和3 的隧道隆起減少量接近。所以綜合考慮經(jīng)濟(jì)與坑底加固方式變化的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)采用坑底加固方案2，即抽條加固，每條加固區(qū)域深4m，橫向?qū)?.75m，兩加固區(qū)域之間縱向相隔5.5m。

4 坑底加固深度的影響

在坑底全加固方式的基礎(chǔ)上，改變坑底加固深度，得到坑底加固深度變化對(duì)隧道隆起變形影響的計(jì)算結(jié)果，如圖6 所示。

圖6 坑底加固深度變化對(duì)隧道隆起變形影響

由圖6 可知，在坑底全加固深度大于2m 以后，坑底全加固對(duì)隧道隆起變形的減少量大幅度減小，曲線趨于穩(wěn)定，所以綜合考慮工期與坑底加固深度變化的計(jì)算結(jié)果，坑底加固深度應(yīng)為2m。結(jié)合圖5 可得，坑底加固應(yīng)采取抽條加固，每條加固區(qū)域深2m，橫向?qū)?.75m，兩加固區(qū)域之間縱向相隔5.5m。

5 結(jié)論

本文通過數(shù)值模擬的方法，分析了豎井橫向?qū)挾茸兓?、坑地土體加固方式與加固深度變化對(duì)下方既有地鐵隧道隆起的影響，分析結(jié)果表明：

⑴隧道隆起最大值出現(xiàn)在基坑中點(diǎn)，豎井橫向?qū)挾茸兓瘜?duì)下方既有地鐵隧道隆起的影響范圍始終為0.8倍的基坑縱向長度。在相同的卸土量和施工條件下，當(dāng)豎井橫向?qū)挾却笥?1.5m 之后，隧道隆起量劇增，所以小豎井最佳橫向?qū)挾葢?yīng)在8.5～11.5m 之間為宜。

⑵3 種坑底加固方式下隧道最大隆起量，比不作坑底加固時(shí)隧道隆起量降低了15.7%，25.9%，27.8%，加固方式2 和3 的隧道隆起減少量接近；在坑底全加固深度大于2m 以后，坑底全加固對(duì)隧道隆起變形的減少量大幅度減小，曲線趨于穩(wěn)定。所以綜合考慮經(jīng)濟(jì)與坑底加固方式、坑底加固深度變化的計(jì)算結(jié)果，坑底加固應(yīng)采取抽條加固，每條加固區(qū)域深2m，橫向?qū)?.75m，兩加固區(qū)域之間縱向相隔5.5m。●