閆 磊

(徐州市地鐵集團有限公司 徐州 221009)

0 引言

伴隨著城市的發(fā)展和城市軌道交通建設(shè)的推進，臨近地鐵的建設(shè)活動越來越多。如何在周邊建設(shè)活動的實施過程中，保障軌道交通結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)施的安全，成為業(yè)內(nèi)專家的熱點研究內(nèi)容。結(jié)合工程實例，國內(nèi)專家開展了大量的研究工作。劉國彬等[1]、戚科駿等[2]以上海軟土地區(qū)工程實例為基礎(chǔ)，分析了軟土地區(qū)基坑工程與周邊建筑物的相互影響關(guān)系，總結(jié)了常用的治理措施，并提出了設(shè)計和施工過程中的一些注意事項；唐仁等[3]結(jié)合廣州地區(qū)臨近地鐵的深基坑工程為例，對基坑開挖對區(qū)間隧道的影響及監(jiān)測結(jié)果進行了分析；國內(nèi)其他學(xué)者[4-7]也針對不同的工程實例開展了相關(guān)的研究工作。

本文在前人研究基礎(chǔ)上，以徐州地區(qū)特有地層(5)3～4含砂姜黏土層中臨近地鐵區(qū)間隧道的深基坑施工為例，探討該地層中鄰近地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的基坑開挖施工的有效防護措施。

1 工程概況

1.1 基坑工程簡介

擬建項目臨近某線路區(qū)間隧道，項目建筑主體25層，地下2層，裙房2層，總高度99.05m?；颖眰?cè)圍護結(jié)構(gòu)距區(qū)間隧道最小距離為5.42～7.98m，平行隧道區(qū)間方向基坑長度為34.4m，基坑開挖深度為10.45～11.75m?；优c區(qū)間隧道位置關(guān)系詳見圖1。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

場地周邊環(huán)境較復(fù)雜，主要為黃河沖積平原地貌單元，近地表廣泛分布全新世砂性土和黏性土。建筑場地的覆蓋層厚度41.30～43.40m，土層分布詳見圖2。

其中場地廣泛分布的(5)3～4層含砂姜黏性土內(nèi)部含砂礓石(鈣質(zhì)結(jié)核)顆粒(多分布于9～13m、18～25m)，零散地嵌于黏性土層中，質(zhì)地堅硬，粒徑0.50～8.00cm不等，壓縮性中等，強度中高，具弱膨脹潛勢。相關(guān)研究表明[8-9]，(5)3～4層含砂姜黏性土層一般具有結(jié)構(gòu)性、非均勻性、膨脹性，水平向滲透性好，富水性強，局部可能存在高承壓水。該層土在施工過程中應(yīng)格外關(guān)注。

圖1 基坑位置示意圖 圖2 剖面示意圖

2 三維有限元分析

2.1 有限元模型

為保障地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全，根據(jù)工程地質(zhì)條件，經(jīng)初步分析，圍護結(jié)構(gòu)布置方案由1道砼桁架支撐改為2道砼桁架支撐，止水帷幕由樁間止水改為三軸攪拌樁外包止水?；又ёo結(jié)構(gòu)采用Φ800@1100鉆孔灌注樁+Φ850@600三軸攪拌樁止水帷幕。

采用某三維有限元分析軟件，模型的尺寸長×寬×高分別定為350m×240m×50m。模型中，根據(jù)設(shè)計圖紙及詳勘資料，土體從地表往下分成7層，計算分析土層采用修正M-C模型。

模型四周邊界約束水平位移，底部全約束，立柱底端約束豎向轉(zhuǎn)動。模型考慮土體及結(jié)構(gòu)自重荷載，地面超載20 kPa。模型分層詳見圖3，計算模型如圖4所示。

圖3 分層示意圖 圖4 模型示意圖

2.2 基坑開挖對區(qū)間隧道變形影響分析

對模型進行計算，模型計算結(jié)果如表1、2。

表1 區(qū)間隧道形變計算 (mm)

表2 基坑開挖完成后鄰近基坑側(cè)地鐵隧道特征附加位移值 (mm)

由計算結(jié)果可知，地鐵盾構(gòu)隧道位移值隨著基坑開挖逐漸增大。基坑開挖后靠近基坑盾構(gòu)隧道的最大附加水平位移值為3.36mm，最大附加豎向位移值為1.69mm；基坑開挖后靠近基坑盾構(gòu)隧道的最大徑向收斂值為0.44mm，隧道變形最大差異沉降值為0.5mm/10m。形變最大位置均為基坑西側(cè)邊中部位置。以上位移均在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，基坑開挖對隧道變形的影響可控。

2.3 基坑開挖對區(qū)間隧道內(nèi)力影響分析

提取盾構(gòu)隧道變形最大處斷面各節(jié)點變形值，輸入隧道計算荷載結(jié)構(gòu)模型，得到基坑施工后既有盾構(gòu)隧道內(nèi)力變化如表3所示。

表3 基坑施工后盾構(gòu)隧道內(nèi)力變化結(jié)果匯總表

經(jīng)對比開挖前后管片彎矩增加約25%，軸力基本不變?；娱_挖后彎矩成增大趨勢，經(jīng)復(fù)核，原管片配筋滿足結(jié)構(gòu)強度及耐久性要求。

3 基坑監(jiān)測結(jié)果分析

為監(jiān)測基坑施工對區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的影響，基坑實施過程中嚴格按照相關(guān)規(guī)范要求選擇監(jiān)測設(shè)備，制定監(jiān)測方案，對基坑自身樁頂水平和豎向位移、周邊地面沉降、深層土體位移等項目進行監(jiān)測，部分測點布置如圖5所示。臨近地鐵隧道結(jié)構(gòu)側(cè)深層土體水平位移和地面沉降部分監(jiān)測結(jié)果如圖6和圖7所示。

臨近區(qū)間隧道側(cè)基坑圍護結(jié)構(gòu)累計水平位移量最大值約為8.54mm，較有限元分析結(jié)果減小約25.7%。土體變形連續(xù)，可知基坑施工引起的區(qū)間隧道的變形在可控范圍內(nèi)。

區(qū)間隧道上方地面最大累計沉降量為4.67mm，較模擬分析結(jié)果略大。變形最大位置位于臨近區(qū)間隧道側(cè)基坑中部。

深層土體位移監(jiān)測累計最大位移量出現(xiàn)在深2m 處，累計水平位移量為8.31mm(向基坑方向位移)，基坑變形可控。

圖5 臨近區(qū)間隧道側(cè)基坑測點布置圖

圖6 臨近區(qū)間隧道深層土體水平位移(mm)

圖7 區(qū)間隧道上方地表沉降(mm)

綜上監(jiān)測結(jié)果可知，基坑實施對區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)安全影響較小,區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)安全可控。

因基坑施工中將臨近地鐵側(cè)作為施工通道，周邊環(huán)境的監(jiān)測結(jié)果雖未超出監(jiān)測限值，但隧道上方地面累計沉降量較數(shù)值分析的結(jié)果有所增大，對軌道交通結(jié)構(gòu)的影響也相應(yīng)增大。

4 結(jié)論

通過對基坑施工全過程進行有限元模擬，并結(jié)合監(jiān)測結(jié)果進行對比分析，可得以下結(jié)論：

(1)在軟弱土層中，通過提高圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐的剛度，同時采用有效的止水形式，可以較好地保障基坑自身的安全和軌道交通結(jié)構(gòu)的安全。

(2)通過有限元分析，基坑開挖施工過程中，軌道交通結(jié)構(gòu)靠近基坑側(cè)邊中間位置處沉降和側(cè)向變形最大，在施工過程中應(yīng)重點監(jiān)控。

(3)施工過程中，由于施工場地布置的原因，導(dǎo)致基坑變形較數(shù)值計算結(jié)果有所增大。后續(xù)類似工程中應(yīng)予以關(guān)注。