朱永偉

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 渭南 714099)

0 前 言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施和地鐵項(xiàng)目融合建設(shè)發(fā)展的規(guī)模日益擴(kuò)大，大量新建建筑群在地鐵沿線開工建設(shè)，其基坑工程不可避免的接近或侵入地鐵隧道保護(hù)紅線內(nèi)，基坑開挖施工勢(shì)必會(huì)對(duì)基坑周圍土體產(chǎn)生一定程度的擾動(dòng)，從而對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)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(yùn)營(yíng)安全。因此，為確保既有地鐵隧道的安全運(yùn)營(yíng)，在基坑施工前，必須針對(duì)基坑施工對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道所造成的不利影響進(jìn)行科學(xué)的分析評(píng)價(jià)。

本文以鄰近廣東省深圳市地鐵5號(hào)線隧道的某建筑群基坑開挖施工為例，通過(guò)三維數(shù)值模擬手段，分析基坑開挖對(duì)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(jìn)行模型分析，對(duì)照地鐵保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和分析結(jié)果預(yù)測(cè)了基坑開挖施工對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道變形造成的不利影響，為制定地鐵隧道保護(hù)措施提供依據(jù)，最大限度地降低基坑施工對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道造成的影響。

1 工程特點(diǎn)

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(shí)的支護(hù)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(shè)計(jì)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(yùn)營(yíng)隧道，在基坑施工期不允許中斷運(yùn)營(yíng)。因此，施工過(guò)程中對(duì)地鐵隧道的變形影響控制是基坑開挖施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了預(yù)測(cè)基坑開挖施工對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，以預(yù)先做好防護(hù)預(yù)案，利用有限元模型對(duì)該基坑開挖施工進(jìn)行了數(shù)值模擬，以便指導(dǎo)施工。

2 分析模型

2.1 計(jì)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(guān)資料，該地鐵隧道區(qū)間采用礦山法施工，小導(dǎo)管輔助支護(hù)?；娱_挖支護(hù)結(jié)構(gòu)采用支護(hù)樁結(jié)構(gòu)，樁間予以咬合連接，為了便于分析計(jì)算，在建立模型時(shí)將咬合樁簡(jiǎn)化成為樁墻結(jié)構(gòu)。依據(jù)樁墻和樁兩者之間的換算關(guān)系，地鐵隧道一側(cè)的前、后排樁在簡(jiǎn)化為樁墻的厚度分別為1.052 m和0.814 m。地鐵隧道對(duì)面的前(樁間設(shè)置單管旋噴咬合樁)、后排樁在簡(jiǎn)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(yīng)力的有限元模型。

圖1 初始地應(yīng)力有限元模型

2.2 基坑開挖施工對(duì)地鐵隧道的影響

有限元計(jì)算分五步進(jìn)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(jì)算結(jié)果歸零。

分析表明，在基坑開挖施工時(shí)，支護(hù)樁側(cè)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(shí)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(hù)樁在第一步開開挖時(shí)產(chǎn)生的水平位移很小，支護(hù)樁在第二、三步開挖時(shí)產(chǎn)生的水平位移有所增大。同時(shí)由于支護(hù)樁埋深超出基坑底部和支護(hù)樁發(fā)生的嵌固作用，在支護(hù)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(guò)程中前排支護(hù)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(shí)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(guò)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(duì)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(guò)程中，致使對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生了較大的影響。

表2 基坑開挖過(guò)程中左線隧道的位移與變形 單位：mm

3 結(jié) 論

基坑開挖對(duì)地鐵隧道的影響分析結(jié)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(nèi)。

綜合分析，既有運(yùn)營(yíng)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(hù)標(biāo)準(zhǔn)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(guò)程中，強(qiáng)化施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)先針對(duì)性的采取安全有效的保護(hù)措施，從而確保位移、收斂變形都控制在地鐵保護(hù)范圍內(nèi)(5 mm)，消除基坑施工對(duì)地鐵隧道造成的安全隱患，保障施工的順利進(jìn)行。

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