徐日慶　申碩　董梅　程康

摘 ? 要：為探究軟土地區(qū)基坑開挖對于鄰近隧道水平位移的影響，首先，分析了軟土地區(qū)基坑開挖卸載引起盾構(gòu)隧道水平位移的變形機(jī)理;其次，收集了國內(nèi)軟土地區(qū)鄰近地鐵盾構(gòu)隧道開挖基坑的工程實(shí)例，利用隨機(jī)森林算法對影響隧道最大水平位移的因素進(jìn)行了重要度排序，并對影響因素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，提出一相對簡便且方便廣大工程從業(yè)人員使用的半經(jīng)驗(yàn)公式，可直接用于隧道在鄰近基坑開挖下的最大水平位移的預(yù)測. 通過與所收集到文獻(xiàn)中已發(fā)表的工程實(shí)際案例實(shí)測數(shù)據(jù)的對比，對經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證了所提公式的準(zhǔn)確性與適用性. 參數(shù)分析表明：隧道最大水平位移隨基坑開挖體量的增大近似呈對數(shù)增大，增速逐漸放緩. 隧道水平位移受基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移影響較大，兩者之間近似呈線性正相關(guān). 隧道最大水平位移與基坑隧道間距離呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)距離小于兩倍開挖深度時(shí)，基坑開挖對隧道的影響較大. 基于提出的公式，對基坑開挖對隧道的影響范圍進(jìn)行了分區(qū)，結(jié)果可為類似工程提供一定的理論指導(dǎo).

關(guān)鍵詞：巖土工程;基坑;盾構(gòu)隧道;水平位移;

中圖分類號：TU473.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

A Simplified Calculation Method for Horizontal Displacement

of Adjacent Shield Tunnel Caused by Excavation in Soft Soil Area

XU Riqing1，2，SHEN Shuo1，2，DONG Mei1，2?，CHENG Kang1，2，3

（1. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China;

2. Engineering Research Center of Urban Underground Development of Zhejiang Province，Hangzhou 310058，China;

3. China Railway 11th Bureau Croup Co Ltd，Wuhan 430061，China）

Abstract：To explore the effect of excavation on the horizontal displacement of adjacent tunnels in soft soil area，firstly，the deformation mechanism of horizontal displacement of adjacent tunnels in soft soil area due to excavation is analyzed. Secondly，project cases on excavation of adjacent tunnels in soft soil area are collected. The importance of the factors affecting the maximum horizontal displacement of the tunnel is ranked by the random forest algorithm. Through analyzing the influencing factors statistically，a semi-empirical formula，which is relatively simple and convenient for engineering practitioners，is proposed. It can be directly used to predict the maximum horizontal displacement of the adjacent tunnel under excavation. The accuracy and applicability of the proposed empirical formula is verified by comparing with the measured data of the actual engineering cases published in the collected literature. Parameter analysis shows that： with the increase of excavation geometry，the maximum horizontal displacement of the tunnel increases in an approximate logarithmic relation，but the increasing speed gradually slows down. The horizontal displacement of tunnel is greatly affected by the horizontal displacement of retaining structure. It is approximate linearly correlated with the horizontal displacement of retaining structure. The distance between the excavation and the tunnel has a negative correlation with the maximum tunnel horizontal displacement. Furthermore，when the distance is less than twice the excavation depth，the influence of excavation on the tunnel is greater. Based on the proposed formula，the effect range of excavation on the tunnel is divided into zones，and the results can provide certain theoretical guidance for similar projects.

Key words：geotechnical engineering;excavation; shield tunnel;horizontal displacement

隨著我國城市化進(jìn)程的逐步加速，以地鐵為代表的地下空間開發(fā)正處于史無前例的高峰. 而以公共交通為導(dǎo)向的開發(fā)模式的實(shí)施，促進(jìn)了鄰近地鐵區(qū)域商業(yè)中心、居住區(qū)的建設(shè)，使得鄰近既有盾構(gòu)隧道開挖的基坑數(shù)量越來越多. 由于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，出于經(jīng)濟(jì)考慮，一般安全儲備較低，易對周圍環(huán)境造成影響. 在鄰近地鐵隧道進(jìn)行基坑開挖時(shí)，由于土體的應(yīng)力釋放，容易導(dǎo)致盾構(gòu)隧道產(chǎn)生變形，引起管片破損，隧道發(fā)生滲漏;同時(shí)引起軌道不平順，進(jìn)而影響地鐵列車的平穩(wěn)運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會危及列車行車安全. 因此研究基坑開挖對盾構(gòu)隧道的影響具有重要的意義.

針對基坑開挖誘發(fā)的鄰近既有隧道水平變形機(jī)理這一課題，當(dāng)前較有代表性的研究有：

離心模擬[1-3]，通過在縮尺模型中營造超重力環(huán)境，實(shí)現(xiàn)時(shí)空壓縮，可以清晰再現(xiàn)基坑開挖時(shí)隧道響應(yīng)的全過程，但離心模型試驗(yàn)對設(shè)備要求較高，且很大程度上試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)，不利于工程推廣.

數(shù)值模擬[4-6]可充分考慮施工過程、場地條件以及土與結(jié)構(gòu)的非線性作用. 如Chen等[4]采用HS模型建立了基坑開挖對鄰近地鐵隧道影響的三維有限元模型，得到了在基坑的不同開挖階段，鄰近既有隧道的水平位移和內(nèi)力發(fā)展情況. Li等[5]以地鐵隧道上方基坑開挖為例，進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，定量比較了3種不同的施工方法對隧道的影響. 為進(jìn)一步探究基坑開挖對鄰近隧道的水平向擾動，Zheng等[6]通過建立考慮小應(yīng)變剛度影響的HSS模型的有限元模型，提出了鄰近基坑的隧道變形預(yù)測的簡化經(jīng)驗(yàn)公式. 然而，三維有限元的建模計(jì)算相對耗時(shí)且結(jié)果的準(zhǔn)確性較大地依賴于計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確選取.

此外，解析法或半解析法[7-9]由于具有耗費(fèi)小、相對簡便等優(yōu)點(diǎn)，也常常被用于工程設(shè)計(jì)的初級階段. 為了預(yù)測在鄰近開挖下的隧道響應(yīng)，Liang等[8]將盾構(gòu)隧道簡化為埋置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁，提出一可考慮隧道埋深的地基基床系數(shù)，能相對更準(zhǔn)確地評估隧道的形變響應(yīng). 最近，為探究隧道在開挖擾動下的內(nèi)力變化規(guī)律，在考慮隧道埋深的基礎(chǔ)上，徐日慶等[9]將盾構(gòu)隧道簡化為埋置于Pasternak地基上的Timoshenko梁，進(jìn)一步提出了考慮隧道剪切變形的簡化計(jì)算方法.

總體而言，上述3種方法各有利弊，且適用于不同的工程設(shè)計(jì)階段或從業(yè)群體，實(shí)際中可根據(jù)實(shí)際情況來選取合適的研究方法和手段. 針對軟土地區(qū)基坑開挖對鄰近既有隧道水平位移擾動這一課題，本文從工程實(shí)際出發(fā)，通過充分的文獻(xiàn)調(diào)研以及理論分析，定量分析了不同因素對隧道水平位移的影響程度，并基于此，提出一相對簡便且方便廣大工程從業(yè)人員使用的半經(jīng)驗(yàn)公式，可直接用于隧道在鄰近基坑開挖下的最大水平位移的預(yù)測. 通過與所收集到的既有文獻(xiàn)中已發(fā)表的工程案例實(shí)測數(shù)據(jù)的對比，驗(yàn)證了所提公式的準(zhǔn)確性與適用性.

1 ? 基坑開挖引起隧道變形簡析

在基坑開挖之前，隧道處于平衡狀態(tài). 作用在盾構(gòu)管片上的荷載通常包括水土壓力、管片自重等，見圖1. 通常由于豎向水土壓力大于水平向水土壓力，隧道呈現(xiàn)“橫鴨蛋”形狀的變形[10].

基坑開挖引起的卸載，會破壞原有隧道-地層系統(tǒng)的平衡，形成基坑-地層-隧道耦合系統(tǒng). 基坑開挖引起的卸載應(yīng)力，通過地層介質(zhì)，作用在既有隧道上，使之多產(chǎn)生趨向于基坑開挖方向的位移，圖2所示為既有隧道在臨近基坑開挖情況下較典型的位移模式. 既有隧道的存在，對于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，也起到了一定的抑制作用. 盾構(gòu)管片大多采用高強(qiáng)螺栓固定，使得盾構(gòu)隧道整體具有較大的剛度，如果橫向位移過大，極易引起管片破損，產(chǎn)生滲漏水等病害，影響地鐵的正常運(yùn)營.

2 ? 基坑開挖引起隧道水平變形因素重要度

分析

2.1 ? 重要度分析及方法選擇

在鄰近既有盾構(gòu)隧道進(jìn)行基坑開挖的過程中，影響隧道水平位移大小的因素有很多. 選取出對隧道水平位移影響較大的因素，對于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和隧道水平位移的預(yù)測具有一定的指導(dǎo)意義. 為找到在鄰近既有隧道進(jìn)行開挖時(shí)影響隧道最大水平位移的關(guān)鍵性因素，本文搜集了21例軟土基坑施工的實(shí)例進(jìn)行定量分析. 近些年來，隨著深度學(xué)習(xí)的不斷發(fā)展，利用深度學(xué)習(xí)解決土木工程實(shí)際問題的方法被一些學(xué)者應(yīng)用. 例如，薛亞東等[12]利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行盾構(gòu)隧道病害的圖像識別，能夠精準(zhǔn)確定隧道病害的位置.

隨機(jī)森林算法是由若干棵決策樹分類器h（x，θk）（k=1，2，…，n）組成的分類器. 這里x是輸入樣本向量，θk是第k棵樹的參數(shù)向量，n是隨機(jī)森林中決策樹的棵數(shù). 在進(jìn)行預(yù)測時(shí)，θk確定的第k棵樹被用來對輸入向量x進(jìn)行預(yù)測，最終的預(yù)測值由n棵樹投票決定[13].由于采用多個(gè)分類器來提高預(yù)測的性能，相較于傳統(tǒng)單個(gè)分類器，隨機(jī)森林算法預(yù)測準(zhǔn)確率較高，且對于數(shù)據(jù)的異常值容忍度較好，不易出現(xiàn)過擬合，在醫(yī)學(xué)、生物信息等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[13].

2.2 ? 參數(shù)調(diào)節(jié)及重要度分析

對收集的21個(gè)基坑實(shí)例進(jìn)行分析，根據(jù)表1可知，案例均為軟土地區(qū)鄰近盾構(gòu)隧道的基坑開挖實(shí)例，其工程地質(zhì)條件類似，土質(zhì)以軟土地區(qū)常見的黏土、粉質(zhì)黏土為主，故在接下來分析中，不考慮地質(zhì)條件的影響. 且案例中隧道均為盾構(gòu)隧道，故也忽略隧道結(jié)構(gòu)不同帶來的影響.

以盾構(gòu)隧道最大水平位移為因變量，以基坑開挖深度、基坑開挖寬度、基坑開挖長度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型、圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)每延米抗彎剛度、隧道覆土厚度、隧道和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平凈距、圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移作為影響因素，利用隨機(jī)森林算法，分析這些影響因素對于隧道水平位移的重要度，具體數(shù)據(jù)見表1.

使用Python中的Scikit-learn庫實(shí)現(xiàn)隨機(jī)森林算法. 首先調(diào)節(jié)隨機(jī)森林中決策樹數(shù)量n = 700，使袋外錯(cuò)誤率盡可能小. 通過網(wǎng)格搜索法確定其他參數(shù)max_depth= 2， min_samples_leaf= 2， min_samples_ split=5，得到影響隧道最大水平位移大小的因素的重要度排序，如圖3柱狀圖所示.

根據(jù)隨機(jī)森林算法的結(jié)果，可以看出，基坑開挖體量、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移以及基坑與隧道之間的位置關(guān)系對于隧道水平位移的控制重要度較高，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的樁長、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型在重要度分析中重要度相對較低. 因?yàn)樵卩徑淼肋M(jìn)行開挖時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均較為類似且均滿足相關(guān)規(guī)范要求，反映出對于隧道最大水平位移大小的影響的貢獻(xiàn)度較低. 但基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的樁長、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型仍是基坑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容.

3 ? 經(jīng)驗(yàn)公式的提出

3.1 ? 經(jīng)驗(yàn)公式自變量的選擇

為了簡化模型，根據(jù)第2節(jié)的重要度分析結(jié)果，選取基坑開挖體量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移、基坑與隧道之間的位置關(guān)系作為考慮因素，見表2. 忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗彎剛度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)長度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)寬度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型這些因素，是因?yàn)樵诨訚M足相關(guān)設(shè)計(jì)要求時(shí)，這些因素對于隧道水平位移重要度相對較低且都可以通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移體現(xiàn). 考慮到經(jīng)驗(yàn)公式的普適性，將上述變量無量綱化表達(dá)，探究δx /H與W/H、D/H、δw /H、Ht /H、Lwt /H之間的關(guān)系.

3.2 ? 基坑開挖體量對隧道水平位移的影響

首先考慮基坑開挖體量對隧道水平位移的影響. 根據(jù)基坑的時(shí)空效應(yīng)，開挖體量越大，環(huán)境效應(yīng)越為明顯. 在鄰近隧道進(jìn)行開挖時(shí)，為減少基坑卸載的影響，多采取分區(qū)分塊開挖的施工方法[35]，但大體量基坑的開挖將不可避免地引起土體卸載量的增加，對于隧道影響也越大.

為減少變量數(shù)量，綜合考慮基坑開挖體量對地鐵隧道的影響，定義基坑開挖相對面積S=（W/H）（D/H），觀察其與δx /H的關(guān)系. 如圖4所示，發(fā)現(xiàn)隧道的水平位移隨基坑開挖相對面積的增長近似呈“先迅速增大，再緩慢增大，最后趨于穩(wěn)定”的對數(shù)增長關(guān)系. 但是圖中的點(diǎn)較為離散，判斷系數(shù)R2較小，是因?yàn)樗淼雷畲笏轿灰瞥伺c基坑的相對開挖面積有關(guān)系，還受到其他影響因素的影響. 在基坑開挖面積較小時(shí)，基坑的開挖面積的增加將引起隧道位移的迅速增加，但當(dāng)相對面積S>50，即基坑面積約1 000 m2以上時(shí)，隧道水平位移對于基坑面積的增加變得不敏感. 此現(xiàn)象應(yīng)與基坑的空間效應(yīng)有關(guān)，當(dāng)基坑開挖長度以及開挖寬度超過臨界值后，其變形特性逐步趨近二維平面問題的變形特性，對隧道最大水平位移的影響也接近于平面應(yīng)變計(jì)算的結(jié)果.

3.3 ? 圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移對隧道水平位移的影響

考慮基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移與隧道水平位移的關(guān)系. 圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移的增大，墻后土體的位移場也隨之增大，勢必會增大盾構(gòu)隧道的整體位移. 對于鄰近盾構(gòu)隧道進(jìn)行開挖的基坑來說，控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移是減小其環(huán)境效應(yīng)的有效手段.

觀察δw /H與δx /H的關(guān)系（如圖5所示），可以看出基坑的水平位移與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移呈現(xiàn)近似的線性相關(guān)關(guān)系，表明隧道最大水平位移的大小受基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的影響很大，這也與2.2節(jié)中圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移對于隧道水平位移影響較大的結(jié)論切合.

3.4 ? 基坑與隧道相對位置關(guān)系對隧道水平位移的

影響

最后，研究基坑與隧道的相對位置關(guān)系對于隧道最大水平位移的影響. 為便于表達(dá)，綜合考慮Lwt與Ht，定義基坑與隧道之間的相對距離L為：

L = ? ? ? ? ? ? ? （1）

觀察隧道最大水平位移和基坑與隧道間相對距離L之間的關(guān)系，如圖6所示，δx /H隨著基坑與隧道間相對距離L的增大而減小，呈現(xiàn)類似倒數(shù)的關(guān)系. 圖中的點(diǎn)較為離散，判斷系數(shù)R2較小，是因?yàn)樗淼雷畲笏轿灰撇粌H僅與基坑隧道之間的相對距離相關(guān)，還受到其他影響因素的影響. 當(dāng)相對距離L<2時(shí)，表明基坑與隧道的相對距離較近，基坑開挖應(yīng)力釋放對于隧道造成的影響較大，在實(shí)際工程中，必須對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形嚴(yán)格控制，防止隧道的損壞. 當(dāng)相對距離L>2時(shí)，即隧道與基坑間距離大于2倍開挖深度時(shí)，基坑開挖對于隧道的影響顯著減小，這也與《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[36]中結(jié)論相似.

3.5 ? 經(jīng)驗(yàn)公式的建立

根據(jù)3.1～3.4節(jié)分析可知，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移、相對開挖面積的增大會引起隧道水平位移對應(yīng)增大，而盾構(gòu)隧道與基坑間的相對距離L的增大將會引起隧道水平位移的減小. 通過分析，得到一個(gè)多項(xiàng)式形式的關(guān)系，即公式（2），描述隧道的水平位移δx /H與相對面積S、圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移δw /H、相對距離L之間的關(guān)系.

δx /H = a1 × ln（S） × （δw /H）a2

× La3

（2）

根據(jù)表2中20個(gè)基坑實(shí)例數(shù)據(jù)，使用Matlab進(jìn)行回歸計(jì)算，得到式（2）中系數(shù)的值a1 = 0.101 4，a2 = 0.696 5，a3 = -0.495 6，進(jìn)而建立了預(yù)測隧道最大水平位移的經(jīng)驗(yàn)公式.

將回歸得到的隧道最大水平位移擬合值與實(shí)測值進(jìn)行對比，除3、13、19號工程實(shí)例，在大部分實(shí)例中，隧道最大水平位移擬合值與實(shí)測值的偏差不超過40%. 部分工程擬合值出現(xiàn)較大偏差是因?yàn)樵趯?shí)際工程中，影響隧道水平位移大小的因素有很多，出于實(shí)用性考慮，本文忽略了很多因素，包括是否進(jìn)行隧道或基坑的加固、基坑降水等因素都會對隧道的水平位移有較大影響. 其中3號工程實(shí)例中，采取了注漿法對隧道的曲率、水平位移進(jìn)行了調(diào)整. 13號工程實(shí)例中基坑采取了坑內(nèi)留土等措施. 而19號工程實(shí)例，盾構(gòu)隧道為臨站隧道，車站的存在，可以大幅度抑制盾構(gòu)隧道位移的發(fā)展. 可知，預(yù)測隧道最大水平位移較為困難，本經(jīng)驗(yàn)公式可靠性還需進(jìn)一步驗(yàn)證.

4 ? 驗(yàn)證及分析

4.1 ? 經(jīng)驗(yàn)公式的驗(yàn)證

經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)軟土地區(qū)鄰近盾構(gòu)隧道進(jìn)行基坑開挖的工程實(shí)例總結(jié)而來，故該公式適用于軟土地區(qū)鄰近盾構(gòu)隧道進(jìn)行施工的工程. 通過與所收集的文獻(xiàn)中已發(fā)表的工程實(shí)際案例實(shí)測數(shù)據(jù)的對比，對經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了驗(yàn)證，詳見表3.

經(jīng)驗(yàn)公式的誤差如圖7所示，隧道最大水平位移預(yù)測值與實(shí)測值的偏差一般不超過30%，表明使用該經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測隧道最大水平位移具有一定的準(zhǔn)確性，可為相應(yīng)工程提供參考.

4.2 ? 基坑開挖影響區(qū)域的分析

基坑開挖時(shí)，不可避免地會對周圍環(huán)境造成影響. 根據(jù)距離基坑的位置關(guān)系，《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[36]將明挖法施工影響分區(qū)分為強(qiáng)烈影響區(qū)、顯著影響區(qū)和一般影響區(qū)，如圖8所示.

為了保證地鐵的安全運(yùn)營，《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[36]規(guī)定隧道結(jié)構(gòu)水平位移預(yù)警值為10 mm. 對基坑開挖的影響范圍進(jìn)行分析，取深基坑常見深度H = 15 m，相對開挖面積S =100，代入公式（2），得到當(dāng)隧道水平位移控制為10 mm時(shí)，隧道位置與需控制的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移間的關(guān)系.

根據(jù)隧道所處區(qū)域，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移進(jìn)行限制，在保護(hù)隧道安全運(yùn)營的提前下，可以達(dá)到合理設(shè)計(jì)、節(jié)約資源的目的. 圖9表示當(dāng)隧道水平位置控制在10 mm且盾構(gòu)隧道位于某區(qū)域內(nèi)時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移應(yīng)小于對應(yīng)限制值.

為便于使用時(shí)參考，將基坑開挖的影響區(qū)域簡化為長方形與一個(gè)等腰直角三角形的組合. 如圖10所示，建議當(dāng)隧道位于a區(qū)域內(nèi)時(shí)，應(yīng)控制基坑最大水平位移小于0.167%H，且應(yīng)采取一定的特殊保護(hù)措施;當(dāng)隧道位于b區(qū)域內(nèi)時(shí)，應(yīng)控制基坑最大水平位移不超過0.167%H;當(dāng)隧道位于c區(qū)域內(nèi)時(shí)，應(yīng)控制基坑最大水平位移不超過0.250%H;當(dāng)隧道位于d區(qū)域時(shí)，應(yīng)控制基坑最大水平位移不超過0.333%H.

5 ? 結(jié) ? 論

1）重要度分析的結(jié)果表明，當(dāng)基坑尺寸與位置已經(jīng)確定時(shí)，控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移對于減小盾構(gòu)隧道的水平位移影響最大. 在鄰近盾構(gòu)隧道進(jìn)行開挖時(shí)，可通過坑內(nèi)留土、坑底加固等措施來控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，進(jìn)而減少基坑開挖對隧道的影響.

2）由于本文搜集的案例數(shù)量有限，在對影響隧道水平位移的因素進(jìn)行重要度分析時(shí)，僅考慮了較為主要的影響因素. 對于隨機(jī)森林算法來說，樣本數(shù)量的增加，可以增加結(jié)果的準(zhǔn)確性，相信隨著鄰近盾構(gòu)隧道進(jìn)行基坑開挖實(shí)例的增加，可以進(jìn)一步充實(shí)數(shù)據(jù)，使預(yù)測更加精準(zhǔn).

3）通過對軟黏土地區(qū)已有的鄰近既有隧道基坑開挖的實(shí)例進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，隧道最大水平位移與基坑開挖的相對面積近似呈對數(shù)關(guān)系，與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移近似呈線性相關(guān)，與基坑隧道間相對距離近似呈倒數(shù)關(guān)系. 根據(jù)此規(guī)律提出的經(jīng)驗(yàn)公式，對于軟黏土地區(qū)、工況條件較為相似的鄰近隧道的基坑開挖具有一定的指導(dǎo)意義.

4）通過使用本文提出的公式，在已知基坑開挖尺寸及基坑與隧道間相對位置關(guān)系的情況下，在進(jìn)行基坑初步設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)隧道水平位移的控制值計(jì)算出基坑變形設(shè)計(jì)的控制值. 而在基坑的建設(shè)過程中，可以根據(jù)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移監(jiān)測值對隧道水平位移進(jìn)行估計(jì).

參考文獻(xiàn)

[1] ? ?NG C W W，SHI J W，HONG Y. Three-dimensional centrifuge modelling of basement excavation effects on an existing tunnel in dry sand[J]. Canadian Geotechnical Journal，2013，50（8）：874—888.

[2] ? ?HUANG X，HUANG H W，ZHANG D M. Centrifuge modelling of deep excavation over existing tunnels[J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Geotechnical Engineering，2014，167（1）：3—18.

[3] ? ?ZHANG J F，CHEN J J，WANG J H，et al. Prediction of tunnel displacement induced by adjacent excavation in soft soil[J]. Tunnelling and Underground Space Technology，2013，36：24—33.

[4] ? ?CHEN R P，MENG F Y，LI Z C，et al. Investigation of response of metro tunnels due to adjacent large excavation and protective measures in soft soils[J]. Tunnelling and Underground Space Technology，2016，58：224—235.

[5] ? ?LI M G，CHEN J J，WANG J H，et al. Comparative study of construction methods for deep excavations above shield tunnels[J]. Tunnelling and Underground Space Technology，2018，71：329—339.

[6] ? ?ZHENG G，YANG X Y，ZHOU H Z，et al. A simplified prediction method for evaluating tunnel displacement induced by laterally adjacent excavations[J]. Computers and Geotechnics，2018，95：119—128.

[7] ? ?LIANG R Z，XIA T D，HUANG M S，et al. Simplified analytical method for evaluating the effects of adjacent excavation on shield tunnel considering the shearing effect[J]. Computers and Geotechnics，2017，81：167—187.

[8] ? ?LIANG R Z，WU W B，YU F，et al. Simplified method for evaluating shield tunnel deformation due to adjacent excavation[J]. Tunnelling and Underground Space Technology，2018，71：94—105.

[9] ? ?徐日慶，程康，應(yīng)宏偉，等. 考慮埋深與剪切效應(yīng)的基坑卸荷下臥隧道的形變響應(yīng)[J]. 巖土力學(xué)，2020，41（S1）：195—207.

XU R Q，CHENG K，YING H W，et al. Response of tunnel induced by pit excavation considering the tunnel shearing and depth effect[J]. Rock and Soil Mechanics，2020，41（S1）：195—207. （In Chinese）

[10] ?馬險(xiǎn)峰，余龍，李向紅. 不同下臥層盾構(gòu)隧道長期沉降離心模型試驗(yàn)[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010，6（1）：14—20.

MA X F，YU L，LI X H. Centrifuge modelling of longitudinal long-term settlement of shield tunnels overlying transitional ground[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2010，6（1）：14—20.（In Chinese）

[11] ?劉建航，侯學(xué)淵. 盾構(gòu)法隧道[M]. 北京：中國鐵道出版社，1991：176—180.

LIU J H，HOU X Y. Shield-driven tunnels[M]. Beijing：China Railway publishing house，1991：176—180. （In Chinese）

[12] ?薛亞東，李宜城. 基于深度學(xué)習(xí)的盾構(gòu)隧道襯砌病害識別方法[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，45（3）：100—109.

XUE Y D，LI Y C. A method of disease recognition for shield tunnel lining based on deep learning[J]. Journal of Hunan University （Natural Sciences），2018，45（3）：100—109. （In Chinese）

[13] ?方匡南，吳見彬，朱建平，等. 隨機(jī)森林方法研究綜述[J]. 統(tǒng)計(jì)與信息論壇，2011，26（3）：32—38.

FANG K N，WU J B，ZHU J P，et al. A review of technologies on random forests[J]. Statistics & Information Forum，2011，26（3）：32—38. （In Chinese）

[14] ?劉純潔，劉國彬，譚勇，等. 時(shí)空效應(yīng)原理在鄰近地鐵隧道的深基坑工程施工中的應(yīng)用[J]. 建筑施工，1999，21（6）：4—7.

LIU C J，LIU G B，TAN Y，et al. Application of space-time effect principle in construction of deep foundation pit adjacent to metro tunnel [J]. Building Construction，1999，21（6）：4—7.（In Chinese）

[15] ?黎偉益. 臨近地鐵深基坑開挖安全施工[J]. 茂名學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，12（3）：45—47.

LI W Y. Safe construction examples of deep-base pit nearby subway[J]. Journal of Maoming College，2002，12（3）：45—47. （In Chinese）

[16] ?鐘錚，梅英寶. 緊鄰地鐵的大型深基坑施工中的環(huán)境保護(hù)[J]. 建筑施工，2006，28（11）：863—866.

ZHONG Z，MEI Y B. Environment protection during construction of large and deep foundation pit adjacent to subway[J]. Building Construction，2006，28（11）：863—866. （In Chinese）

[17] ?王衛(wèi)東，沈健，翁其平，等. 基坑工程對鄰近地鐵隧道影響的分析與對策[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2006，28（S1）：1340—1345.

WANG W D，SHEN J，WENG Q P，et al. Analysis and countermeasures of influence of excavation on adjacent tunnels[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2006，28（S1）：1340—1345.（In Chinese）

[18] ?賈堅(jiān). 逆作開挖深基坑控制卸載變形的方法與實(shí)踐[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2007，29（2）：304—308.

JIA J. Deflection controlling measures and practices of deep foundation pits by use of top-down excavation method[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2007，29（2）：304—308. （In Chinese）

[19] ?艾鴻濤，高廣運(yùn)，馮世進(jìn). 臨近地鐵隧道的深基坑工程的變形分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30（S1）：31—36.

AI H T，GAO G Y，F(xiàn)ENG S J. Deformation analysis of deep foundation pits adjacent to subway tunnels[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2008，30（S1）：31—36. （In Chinese）

[20] ?閆靜雅. 鄰近運(yùn)營地鐵隧道的深基坑設(shè)計(jì)施工淺談[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32（S1）：234—237.

YAN J Y. Design and construction of deep foundation pits near metro tunnels[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010，32（S1）：234—237. （In Chinese）

[21] ?李海濤，孔德胤，王磊，等. 上海東方金融廣場深基坑施工監(jiān)測分析與信息化施工[J]. 施工技術(shù)，2011，40（13）：15—19.

LI H T，KONG D Y，WANG L，et al. Construction monitoring analysis of deep foundation excavation and information construction in Shanghai Orient Financial Square[J]. Construction Technology，2011，40（13）：15—19. （In Chinese）

[22] ?張治國，徐晨. 緊鄰運(yùn)營地鐵進(jìn)行基坑施工的影響因素研究[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（1）：69—75.

ZHANG Z G，XU C. Influencing factors of foundation pit excavation adjacent to operating metro tunnel[J]. Journal of University of Shanghai for Science and Technology，2016，38（1）：69—75. （In Chinese）

[23] ?陳文艷，施文捷，李慶來. 基坑近距離跨越既有軌道交通結(jié)構(gòu)的變形影響分析[J]. 地下工程與隧道，2016（1）：11—14.

CHEN W Y，SHI W J，LI Q L.Analysis of deformation infl uence of excavation pit across existing rail transit structure within a close distance[J].Underground Engineering and Tunnels，2016（1）：11—14.（In Chinese）

[24] ?徐長節(jié)，孫鳳明，陳金友，等. 基坑相鄰地鐵隧道變形與應(yīng)力控制措施[J]. 土木建筑與環(huán)境工程，2013，35（S1）：75—80.

XU C J，SUN F M，CHEN J Y，et al. Analysis on the deformation and stress control measures of metro tunnel near a foundation pit[J]. Journal of Civil，Architectural & Environmental Engineering，2013，35（S1）：75—80.（In Chinese）

[25] ?劉方梅. 深基坑開挖對臨近地鐵隧道的影響[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2015：39—65.

LIU F M. Influence on adjacent tunnel in processes of deep foundation[D]. Hangzhou：Zhejiang Univercity，2015：39—65. （In Chinese）

[26] ?胡琦，祁曉翔，許四法，等. 軟弱土地基深基坑坑底加固對鄰近地鐵隧道的保護(hù)作用分析[J]. 科技通報(bào)，2015，31（7）：59—62.

HU Q，QI X X，XU S F，et al. Study on protection of deep foundation pit strengthening to adjacent metro tunnels in soft soil[J]. Bulletin of Science and Technology，2015，31（7）：59—62. （In Chinese）

[27] ?徐建勇，錢麗英，周時(shí). 軟土地區(qū)深基坑施工對鄰近運(yùn)營地鐵隧道影響的實(shí)測分析[J]. 公路交通技術(shù)，2016，32（4）：110—114.

XU J Y，QIAN L Y，ZHOU S. Measuring & analysis of influence to adjacent operating subway tunnel from soft soil area deep foundation pit construction[J]. Technology of Highway and Transport，2016，32（4）：110—114. （In Chinese）

[28] ?陳仁朋，孟凡衍，李忠超，等. 鄰近深基坑地鐵隧道過大位移及保護(hù)措施[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2016，50（5）：856—863.

CHEN R P，MENG F Y，LI Z C，et al. Considerable displacement and protective measures for metro tunnels adjacent deep excavation[J]. Journal of Zhejiang University （Engineering Science），2016，50（5）：856—863. （In Chinese）

[29] ?馬永峰，周丁恒，曹力橋，等. 臨近地鐵隧道的軟土基坑施工分析及方案優(yōu)化[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，34（5）：33—39.

MA Y F，ZHOU D H，CAO L Q，et al. Analysis and scheme optimization of pit excavation adjacent to metro tunnels in soft ground[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University （Natural Science），2015，34（5）：33—39. （In Chinese）

[30] ?徐岱，陶鑄，宋德鑫，等. 臨近地鐵隧道深基坑工程實(shí)例研究[J]. 工程勘察，2016，44（6）：33—38.

XU D，TAO Z，SONG D X，et al. Case study of a deep excavation adjacent to the subway tunnel[J]. Geotechnical Investigation & Surveying，2016，44（6）：33—38. （In Chinese）

[31] ?張林元，周山龍，徐忠民，等. 鄰近既有軌道交通區(qū)間隧道深基坑施工技術(shù)研究[J]. 蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版），2012，32（6）：76—82.

ZHANG L Y，ZHOU S L，XU Z M，et al. Research on construction technology of deep excavation adjacent to the existing running tunnels of track traffic[J]. Journal of Soochow University （Engineering Science Edition），2012，32（6）：76—82. （In Chinese）

[32] ?許俊超.深基坑開挖對臨近地鐵隧道影響分析[J]. 山西建筑，2012，38（17）：93—95.

XU J C. Analysis on the impacts of deep foundation pit excavation upon subway tunnel[J]. Shanxi Architecture，2012，38（17）：93—95.（In Chinese）

[33] ?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.

[34] ?杜一鳴. 基坑開挖對鄰近既有隧道變形影響及保護(hù)研究[D]. 天津：天津大學(xué)，2016：39—145.

DU Y M. Mechanism and countermeasures of the tunnel deformation induced by adjacent excavation[D]. Tianjin：Tianjin University，2016：39—145. （In Chinese）

[35] ?肖淑君，彭衛(wèi)平. 某深大基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案選型分析[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，45（S1）：190—196.

XIAO S J，PENG W P. Scheme selection analysis on design of a deep and large foundation pit[J]. Journal of Hunan University（Natural Sciences），2018，45（S1）：190—196. （In Chinese）

[36] ?城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范：CJJT202—2013[S]. 北京：中國建筑工業(yè)版社，2014：21—24.

Technical specification for safety protection of urban rail transit structure：CJJT202—2013[S]. Beijing：China Architecture & Building ?Press，2014：21—24. （In Chinese）

[37] ?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.

[38] ?袁靜，劉興旺，陳衛(wèi)林. 杭州粉砂土地基深基坑施工對鄰近地鐵隧道、車站的影響研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34（S1）：398—403.

YUAN J，LIU X W，CHEN W L. Effect of construction of deep excavation in Hangzhou silty sand on adjacent metro tunnels and stations[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2012，34（S1）：398—403. （In Chinese）

[39] ?左殿軍，史林，李銘銘，等. 深基坑開挖對鄰近地鐵隧道影響數(shù)值計(jì)算分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2014，36（S2）：391—395.

ZUO D J，SHI L，LI M M，et al. Numerical analysis of influence of deep excavations on adjacent subway tunnels[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2014，36（S2）：391—395. （In Chinese）

[40] ?邵華，王蓉. 基坑開挖施工對鄰近地鐵影響的實(shí)測分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011，7（S1）：1403—1408.

SHAO H，WANG R. Monitoring data analysis on influence of operating metro tunnel by nearly excavation construction[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2011，7（S1）：1403—1408. （In Chinese）

[41] ?張治國，張謝東，王衛(wèi)東. 臨近基坑施工對地鐵隧道影響的數(shù)值模擬分析[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（11）：93—97.

ZHANG Z G，ZHANG X D，WANG W D. Numerical modeling analysis on deformation effect of metro tunnels due to adjacent excavation of foundation pit[J]. Journal of Wuhan University of Technology，2007，29（11）：93—97. （In Chinese）

[42] ?LIU G B，HUANG P，SHI J W，et al. Performance of a deep excavation and its effect on adjacent tunnels in Shanghai soft clay[J]. Journal of Performance of Constructed Facilities，2016，30（6）：04016041.

[43] ?HWANG R N，CHEN B S，WU T E，et al. Damage to a metro tunnel due to adjacent excavation[M]. New Delhi：Forensic Geotechnical Engineering Springer，2016： 369—377.