方泓杰，屈川翔，韓浩，吳應(yīng)雄

(1.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350108；2.世茂集團(tuán)股份有限公司工程管理部，福建 福州 350000；3.香港科技大學(xué)土木與環(huán)境工程系，香港 999077)

近年來中國國內(nèi)地鐵建設(shè)體量飛速增加[1]，同時(shí)，如何在地鐵上方建筑的施工過程中，對已完成的地鐵隧道進(jìn)行有效保護(hù)成為近年來工程施工領(lǐng)域的熱門話題。目前，各城市對于地鐵保護(hù)范圍及范圍內(nèi)的建筑垂直荷載、施工行為引起的變形限值都頒布了明確的規(guī)定。如《上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定》針對既有隧道，規(guī)定了結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對沉降量及水平位移量應(yīng)≤20 mm。這條規(guī)定在我國沿海地區(qū)得到了廣泛借鑒與應(yīng)用[2]，《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[3]中也提出了隧道位移10 mm的預(yù)警值和20 mm的控制值。

目前針對隧道變形控制的方法主要有理論解析法[4-6]、實(shí)時(shí)監(jiān)測分析[7]、有限元數(shù)值模擬法[8]，其中將監(jiān)測與數(shù)值模擬兩者結(jié)合[9]對隧道變形的過程進(jìn)行分析控制也日益受到重視。例如，宗翔[5]在分析地鐵結(jié)構(gòu)變形時(shí)采用了Kerr地基模型，得到了單基坑開挖對隧道的縱向變形解答。Zhang等[4]通過了引入Pasternak模型的解析法，分析了單側(cè)基坑開挖及降水對隧道結(jié)構(gòu)危害，所得結(jié)果與深圳某區(qū)間地鐵施工的實(shí)際變形較為一致?；赑asternak模型的解析法也被張治國等[6]用于雙基坑開挖對于隧道變形的影響的分析，指出了不同基坑的布置形式及開挖深度下隧道的變形規(guī)律。

就數(shù)值模擬和監(jiān)測分析而言，鄭剛等[9]考慮土體小應(yīng)變剛度特性，通過有限元分析與實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，研究了基坑相對位置和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形形式對既有隧道的影響區(qū)，并指出單基坑開挖坑外變形影響區(qū)大致可簡化為直角梯形形狀。Chen等[10]建立了某實(shí)例工程的3D有限元模型，對隧道單側(cè)基坑的開挖順序、支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型進(jìn)行分析，結(jié)果表明在縱向上合理的分塊開挖方式對地鐵結(jié)構(gòu)保護(hù)的貢獻(xiàn)甚至超過了土體加固與防滲墻兩項(xiàng)措施。

以上研究對隧道變形控制進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，但理論解析法對土體剪切效應(yīng)和連續(xù)性的考慮不足，無法反應(yīng)開挖時(shí)的施工組織及施工行為造成的隧道變形[6]。而隧道的監(jiān)測、有限元模擬多針對基坑開挖階段，對上部結(jié)構(gòu)建設(shè)全周期的研究較少。此外，現(xiàn)有的研究多針對位于地鐵隧道單側(cè)基坑工程，未考慮到鄰近隧道工程的施工布置，及多基坑開挖的共同作用對地鐵隧道的變形影響。

本文根據(jù)某市地鐵1號線下穿的某項(xiàng)目建設(shè)實(shí)例進(jìn)行深入研究。通過有限元軟件MIDAS模擬了區(qū)間內(nèi)從支護(hù)施工開始到上部結(jié)構(gòu)施工完成4種不同施工階段的隧道變形，并使用自動化監(jiān)測系統(tǒng)控制徠卡TM50全站儀進(jìn)行了長達(dá)600日的實(shí)時(shí)監(jiān)測，全面地分析了多基坑分批次開挖及施工建設(shè)全周期內(nèi)鄰近工程不同施工階段對現(xiàn)有深厚淤泥質(zhì)土淺埋地鐵隧道的影響。得到了區(qū)間內(nèi)地鐵沿線觀測點(diǎn)的位移分布曲線，及典型斷面的位移實(shí)測曲線。從工程實(shí)際與數(shù)值模擬兩方面揭示了鄰近施工對軟土地鐵隧道的影響，從而為指導(dǎo)類似地質(zhì)條件和施工措施提供參考。

1 算例概述

1.1 算例工程概況

該項(xiàng)目坐落于該市地鐵1號線(二期)，區(qū)間內(nèi)上行線全長150.3 m，下行線全長157.6 m。隧道采用盾構(gòu)法施工，項(xiàng)目內(nèi)地鐵上方覆土埋深約6.79～13.2 m，沿地鐵分布有7棟高層住宅，樓棟與地鐵隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)最近距離僅5 m，地下室裙樓工程樁至盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)外緣最近距離均在6.8 m，具體布置詳圖1。在項(xiàng)目開始施工前，區(qū)間內(nèi)地鐵隧道及軌道鋪設(shè)已施工完成，處于空載試運(yùn)行階段。

圖1 施工現(xiàn)場及隧道位置圖

據(jù)CJJ/T 202—2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》3.2.2條[3]，外部作業(yè)影響等級通過表1中所劃分的接近程度和影響區(qū)判定，本工程基坑邊線距離區(qū)間隧道最近約5 m，基坑與隧道相對凈距處于1倍隧道外徑內(nèi)，接近程度判定為非常接近，基坑開挖深度最深約7.29 m，地鐵隧道處于0.7倍開挖深度影響范圍內(nèi)，綜合判定外部作業(yè)影響等級為特級。

表1 軌道交通結(jié)構(gòu)安全等級表[3]

如狄宏規(guī)等[11]的分區(qū)控制理論所示，特級作業(yè)區(qū)內(nèi)的施工荷載的控制及地下室基坑開挖時(shí)地基的加固、隔離樁的設(shè)置都需結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行嚴(yán)密的規(guī)劃，以確保施工荷載、施工行為對于隧道結(jié)構(gòu)外壁上的附加荷載不大于20 kPa，施工過程中隧道變形速率不超過2 mm·d-1。附加荷載的要求在很大程度上限制了施工機(jī)械的選項(xiàng)及現(xiàn)場可采用的水平運(yùn)輸模式，增加了工程建設(shè)難度。

1.2 工程及水文地質(zhì)條件

項(xiàng)目施工范圍內(nèi)典型地層分布為：①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③淤泥、④粉質(zhì)黏土、⑤淤泥質(zhì)土、⑥粉質(zhì)黏土、⑦全風(fēng)化凝灰熔巖、⑧強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖Ⅰ等，各土體參數(shù)見表2?；娱_挖范圍內(nèi)主要地層為粉質(zhì)黏土、淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土，具有高含水率、高壓縮性、低承載力等特征，是造成地鐵周邊支護(hù)結(jié)構(gòu)位移變形的主要土層。對于區(qū)間內(nèi)地下水的補(bǔ)給主要通過降雨、周邊河道滲流等形式。

表2 土體分層及土體參數(shù)

本項(xiàng)目施工前，通過組織專家論證綜合分析，認(rèn)為施工過程中對地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全可能存在如下影響：場地表層分布的軟弱土層填土層、局部分布軟塑黏土層，為工程建設(shè)不良土層；基坑開挖時(shí)，側(cè)壁土層主要為填土層、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土(見圖2)，土層的側(cè)壁穩(wěn)定性差，基坑開挖時(shí)可能對地鐵隧道產(chǎn)生側(cè)向變形現(xiàn)象；地鐵保護(hù)區(qū)以下淤泥層層頂埋深較淺，在施工過程中場地內(nèi)堆載過多會導(dǎo)致附加應(yīng)力過大，從而導(dǎo)致淤泥層處于欠固結(jié)狀態(tài)產(chǎn)生超孔隙水壓力，可能會對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形和沉降變形，與文獻(xiàn)[12-13]在軟土深基坑中的變形分析一致；因此，通過分析以上可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目以最不利因素組合進(jìn)行綜合計(jì)算，進(jìn)行了專項(xiàng)的基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)和施工組織方案設(shè)計(jì)。

圖2 隧道、土層剖面圖

1.3 加固和支護(hù)方案

考慮到項(xiàng)目地鐵隧道埋深較淺，所處位置為淤泥、粉質(zhì)黏土等軟弱土層，為減少開挖帶來的側(cè)向位移，采取水泥攪拌樁沿地鐵隧道兩側(cè)外擴(kuò)5～12 m范圍內(nèi)施工水泥攪拌樁加固土體；在上、下行地鐵沿線均采用終孔深度不低于19 m孔徑1000 mm的旋挖灌注樁進(jìn)行支護(hù)，隔離隧道周邊及基坑范圍內(nèi)的土體；并在建筑平面上每隔6 m澆筑C30混凝土水平拉梁、冠梁將排樁聯(lián)結(jié)，限制地鐵上方及兩側(cè)的土體變形，具體布置見圖3。

圖3 支護(hù)結(jié)構(gòu)及隧道位置剖面圖

1.4 施工過程

在完成地鐵沿線支護(hù)及加固施工14 d后，對被動區(qū)攪拌樁及支護(hù)排樁進(jìn)行取芯并完成抗壓試驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求開挖強(qiáng)度1.5 MPa后進(jìn)行開挖；為避免因一次性開挖出現(xiàn)大量臨空面導(dǎo)致的土體側(cè)向變形，現(xiàn)場在施工分為2個批次，如圖1所示：第1批次開挖區(qū)間1(X405～X445)、區(qū)間3(X506～X551)、區(qū)間6(S514～S559)范圍內(nèi)土方，第2批次進(jìn)行區(qū)間2(X449～X501)、區(qū)間4(X556～X599)、區(qū)間5(S449～S509)、區(qū)間7(S564～S604)4個區(qū)間土方開挖，各區(qū)間對應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)位置詳圖見圖4；但因現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)條件限制，區(qū)間4開挖進(jìn)度滯后。

圖4 監(jiān)測系統(tǒng)布置圖

在兩個施工區(qū)間內(nèi)土方遵循由遠(yuǎn)及近、中間向兩端開挖原則。先開挖遠(yuǎn)離軌道交通一側(cè)，靠近地鐵一側(cè)最后開挖?？紤]到基坑施工的時(shí)空效應(yīng)問題，為避免坑底淤泥層產(chǎn)生蠕變，在無支撐情況下盡量減少保護(hù)區(qū)內(nèi)土方臨時(shí)放坡面及基坑底暴露的時(shí)間，當(dāng)挖至基底設(shè)計(jì)高程時(shí)，立即施工做墊層、防水層及地下室底板，并在基坑內(nèi)側(cè)預(yù)留反壓土，減小基坑土方開挖卸載對軌道交通的不利影響。

綜上，隧道下行線方向采用了沿地鐵中軸線方向跳倉開挖的控制措施，區(qū)間1、區(qū)間2、區(qū)間3、區(qū)間4基坑開挖時(shí)兩側(cè)均有留設(shè)反壓土；上線方向未進(jìn)行跳倉開挖，由區(qū)間6開始向兩側(cè)區(qū)間5及區(qū)間7方向進(jìn)行基坑開挖。區(qū)間3與區(qū)間6、區(qū)間2與區(qū)間5范圍內(nèi)的施工同步進(jìn)行，為對稱施工關(guān)系；而區(qū)間1、區(qū)間4及區(qū)間7范圍內(nèi)的工程為獨(dú)立施工。

2 有限元模擬

2.1 幾何模型建立

在安全評估階段，項(xiàng)目采用有限元分析軟件MIDAS/GTS NX對項(xiàng)目全施工過程進(jìn)行有限元計(jì)算，全項(xiàng)目模型(見圖5)尺寸為360 m×280 m×50 m，單元數(shù)92 588個，模型節(jié)點(diǎn)數(shù)為56 919個。坐標(biāo)系定義如下：X軸沿隧道中軸線方向，且向大里程方向?yàn)椤?”，Y軸垂直于隧道中軸線方向，靠近上行線方向?yàn)椤?”，Z軸沿豎向方向，且向上為“+”。

圖5 模型及網(wǎng)格劃分圖

有限元模型中，采用三維實(shí)體單元模擬土層，采用板單元模擬基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、隧道襯砌結(jié)構(gòu)，隧道考慮接頭的影響需進(jìn)行剛度折減；采用梁單元模擬基坑支撐、格構(gòu)柱及立柱樁；模型底部約束豎向位移，模型左右兩側(cè)約束水平向位移，頂部邊界為地表自由面；模型以基坑外輪廓外擴(kuò)一定距離(>3倍的基坑開挖深度，7.29 m)后而建立以消除邊界條件對計(jì)算結(jié)果的影響。

土體材料本構(gòu)模型取用修正莫爾-庫倫模型各項(xiàng)參數(shù)詳表2，結(jié)構(gòu)材料按線彈性考慮，混凝土及水泥等材料參數(shù)依據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

將初始地應(yīng)力及地鐵完工時(shí)的計(jì)算結(jié)果疊加作為有限元計(jì)算初始條件，共計(jì)模擬4種施工階段：(1) 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成；(2) 土方分批開挖；(3) 地下室側(cè)墻回填；(4) 項(xiàng)目完工，豎向荷載施加完成。

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

MIDAS/GTS的施工階段分析采用累加模型，即每個施工階段都繼承了上一個施工階段的分析結(jié)果，并累加了本施工階段的分析結(jié)果。隧道結(jié)構(gòu)X，Y，Z方向最大位移均發(fā)生在階段4(項(xiàng)目完工，豎向荷載施加完成)，各方向沿隧道中軸線分布詳見圖6、圖7。

施工對于地鐵隧道變形的影響較為明顯，在區(qū)間中部、項(xiàng)目施工主要位置處，地鐵上行、下行隧道處，X方向上均有相互錯動的趨勢，表現(xiàn)為上行隧道向大里程方向，下行隧道向小里程方向變形；在Y方向上，由于基坑開挖產(chǎn)生的臨空面及應(yīng)力釋放，隧道周邊土體沿臨空面法向蠕變，造成隧道遠(yuǎn)離中軸線方向變形；在Z方向上，由于地面建筑物荷載的增加，區(qū)間中段下沉明顯，區(qū)間兩側(cè)略有上浮。

地鐵上行線隧道中X，Y，Z各方向變形峰值均集中在觀測點(diǎn)S504～S524(圖4所示)所在斷面范圍內(nèi)，X方向、Y方向最大變形值分別為2.2，3.3 mm，Z方向最大沉降約-5.2 mm；地鐵下行線隧道中X，Y，Z各方向變形峰值均集中在下行觀測點(diǎn)X486～X516(圖5所示)所在斷面范圍內(nèi)。X方向、Y方向最大變形值分別為-2.5，-2.9 mm，Z方向最大沉降約-4.5 mm。各方向變形的影響均在安全范圍內(nèi)，未超過控制值±20 mm，滿足地鐵保護(hù)要求。

3 變形實(shí)時(shí)監(jiān)測

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)布置

本項(xiàng)目測量儀器主要有徠卡TM50全站儀、監(jiān)測小棱鏡。徠卡TM50全站儀的測角精度為0.5″。相鄰工作基點(diǎn)間設(shè)置4個雙面直角小棱鏡，搭接點(diǎn)按“高低相錯，均勻布設(shè)”原則進(jìn)行埋設(shè)。測站150 m范圍內(nèi)可保證1 mm的測量精度。

為了高效、準(zhǔn)確地獲取監(jiān)測信息，及時(shí)分析預(yù)報(bào)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀況，項(xiàng)目采用一套具有變形監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、管理決策及成果發(fā)布等功能的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

系統(tǒng)由測量機(jī)器人、采集系統(tǒng)、通信設(shè)備、自動化監(jiān)測平臺、智能化監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺部分組成。通過自動化監(jiān)測軟件向測量機(jī)器人發(fā)布監(jiān)測指令，使用徠卡高精度自動全站儀按照學(xué)習(xí)測量順序自動進(jìn)行測量，觀測基準(zhǔn)點(diǎn)組，按后方交會方法平差計(jì)算工作基點(diǎn)三維空間坐標(biāo)，再觀測變形監(jiān)測點(diǎn)。

為確保觀測數(shù)據(jù)精確、有效，共設(shè)置16個觀測基準(zhǔn)點(diǎn)，分別布設(shè)在監(jiān)測區(qū)域南北兩端的穩(wěn)定位置。監(jiān)測區(qū)域以多個測站共同測量組成整體統(tǒng)一的動態(tài)監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，根據(jù)基坑影響區(qū)域，按照深度越淺布置越密的原則及軟弱地層的分布監(jiān)測點(diǎn)，區(qū)間上行線隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測區(qū)域共布設(shè)48個斷面，合計(jì)240個監(jiān)測點(diǎn)；區(qū)間下行線隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測區(qū)域共布設(shè)48個斷面，合計(jì)240個監(jiān)測點(diǎn)。

3.2 隧道區(qū)間位移分布

通過項(xiàng)目進(jìn)行的為期600 d的施工監(jiān)測，截取出各觀測點(diǎn)的峰值變形繪制包絡(luò)圖如圖6、圖7所示，與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行對比，可得出在項(xiàng)目施工對地鐵隧道的影響規(guī)律如下。

測點(diǎn)位置/m

測點(diǎn)位置/m

首先，上行隧道X方向的監(jiān)測結(jié)果與有限元模擬結(jié)果一致，向大里程方向變形，但實(shí)際監(jiān)測變形最大值僅為1.2 mm，為有限元模擬最大值(2.2 mm)的46.2%，監(jiān)測結(jié)果較有限元模擬結(jié)果偏小的現(xiàn)象在區(qū)間7范圍內(nèi)最為顯著；下行隧道X方向上有限元模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果分布趨勢基本一致，在區(qū)間2、區(qū)間3內(nèi)，由于主體樓棟分布集中、荷載顯著增加，隧道變形顯著增大在-2.1～-2.6 mm范圍內(nèi)波動，兩者在數(shù)值上的基本一致。

其次，在Y方向上，不論是現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)還是數(shù)值模擬結(jié)果，都表明采取跳倉開挖進(jìn)行控制的隧道下行側(cè)的變形值要明顯小于正常開挖的隧道上行側(cè)的變形值，兩者水平變形絕對值相差約25%。但數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測的變形在區(qū)間3、區(qū)間4、區(qū)間7范圍內(nèi)差異較大，上行、下行隧道均沿中軸線法向向上行側(cè)變形，與數(shù)值模擬的結(jié)果相差約2.0 mm。這是由于現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)，4號、7號基坑因場地原因未能對稱開挖，且由于地下室側(cè)墻混凝土齡期不足無法回填，導(dǎo)致區(qū)間7范圍內(nèi)軟弱土層暴露時(shí)間過長，區(qū)間4內(nèi)的土壓力導(dǎo)致隧道垂直于中軸線向上行方向偏移。基坑的非對稱開挖及地下室回填滯后是造成隧道垂直于中軸線方向變形增大的主要原因。

最后，現(xiàn)場實(shí)測的數(shù)據(jù)以及有限元模擬表明地鐵上方基坑開挖、側(cè)墻回填等造成的施工荷載以及后期地鐵上方1 m的回填土是引起沉降變大的主要原因。如圖6、圖7所示，上行與下行隧道的Z方向監(jiān)測結(jié)果中，下行隧道變形存在兩個峰值-5.5，-5.2 mm(上行為-6.1 mm與-5.6 mm)，在上下行隧道前50 m范圍內(nèi)觀測沉降遠(yuǎn)超過數(shù)值模擬結(jié)果，存在約4.5 mm的差異。其原因在于區(qū)間1內(nèi)的地質(zhì)條件差，隧道從軟弱土層中穿過，其變形受上部荷載影響大以及由于淤泥、粉質(zhì)黏土等軟弱土的彈性模量很低，在受到擠壓時(shí)會產(chǎn)生較大的側(cè)向變形。建立有限元模型時(shí)，由于模型兩側(cè)設(shè)置的邊界條件約束側(cè)向變形，從而使沉降的數(shù)值偏小，與實(shí)際相差較大。

3.3 典型剖面位移分析

從隧道變形的峰值包絡(luò)圖來看，對于已建成隧道的變形控制，主要是控制豎直方向及垂直于中軸線方向的變形?？紤]到區(qū)間1、區(qū)間3內(nèi)均含17～19 m的深厚軟弱土層，且在隧道埋深、施工概況等方面均較為接近，截取區(qū)間1及區(qū)間3范圍內(nèi)的地鐵下行Y，Z方向在不同階段下的監(jiān)測結(jié)果，來研究地鐵隧道兩側(cè)對稱開挖對于變形控制的影響。區(qū)間1在基坑施工階段采取單側(cè)開挖的形式，而區(qū)間3內(nèi)地下室基坑開挖則采取對稱開挖，區(qū)間3、區(qū)間6范圍內(nèi)同時(shí)卸荷，具體參數(shù)詳表3。

表3 區(qū)間施工工況

如圖8、圖9所示，根據(jù)區(qū)間1、區(qū)間3不同階段下的變形情況，可看出基坑開挖階段是地鐵隧道變形發(fā)展的主要階段，這與鄭剛等[2]的研究一致。但不論是Y方向還是Z方向的隧道變形并沒有因?yàn)榛娱_挖結(jié)束而趨于穩(wěn)定，即使進(jìn)行了隔離樁與土體加固的施工，只要地下室側(cè)墻未回填完成，變形仍以一定的速度進(jìn)行發(fā)展。在上部荷載未增加的情況下，區(qū)間1、區(qū)間3內(nèi)的各沉降觀測值均增大了約-1.2 mm；而水平變形則以區(qū)間1較為明顯，兩個階段下,同一觀測點(diǎn)的數(shù)值幾乎成倍增長，從-1.6 mm增至-3.1 mm。

測點(diǎn)位置

測點(diǎn)位置

對比區(qū)間1及區(qū)間3，從兩個區(qū)間的Z方向變形發(fā)展圖來看，對稱開挖卸荷對于減輕隧道沉降方面的效果并不明顯；但在Y方向上區(qū)間1內(nèi)的觀測點(diǎn)位移最大值為-3.1 mm，而在區(qū)間3范圍內(nèi)僅為-1.4 mm。除此之外，區(qū)間3范圍內(nèi)的隧道受施工階段影響的程度明顯較輕，這說明在地鐵中軸線兩側(cè)進(jìn)行對稱施工不僅能夠在土方開挖階段降低施工對于臨近隧道的影響，還能降低隧道對于施工階段轉(zhuǎn)換的敏感度。

3.4 峰值點(diǎn)時(shí)程分析

基于3.3節(jié)，現(xiàn)選取區(qū)間1、區(qū)間3內(nèi)的峰值點(diǎn)X445、X516(觀測點(diǎn)位置詳圖5)，對其Y，Z方向上隧道變形的時(shí)程曲線進(jìn)行進(jìn)一步分析(見圖10)。其中X445與X516所處位置的地質(zhì)條件、開工時(shí)間基本一致，每隔15 d進(jìn)行一次觀測(1期=15 d)，5～10觀測周期內(nèi)為支護(hù)、樁基施工階段，10～15觀測周期內(nèi)進(jìn)行基坑開挖及地下室施工，15～25觀測周期內(nèi)為地面建筑施工階段，地下室側(cè)墻于20期完成回填。

t/d

項(xiàng)目施工過程中采用由遠(yuǎn)及近的方式對地鐵隧道兩側(cè)上方進(jìn)行開挖，X445剖面的Y方向變形從第5期開始隨著開挖范圍的擴(kuò)大而增大，當(dāng)基坑開挖完成時(shí)(第10期)達(dá)到第1個波峰約-1.6 mm。而后Y方向的變形繼續(xù)發(fā)展，在地下室側(cè)墻完成回填后，達(dá)到峰值-3.1 mm，之后30 d內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定。

而X516剖面隧道埋深較淺，土體受到上部荷載擠壓產(chǎn)生的水平位移對其影響較為明顯，故從地下室側(cè)墻回填開始，受回填土擠壓隧道有向中軸線收攏的趨勢。對比X445剖面，X516剖面在Y方向的位移最大值為-2.0 mm，表明在隧道兩側(cè)對稱開挖，卸除地鐵兩側(cè)一定范圍內(nèi)的荷載的措施對于垂直于中軸線方向的變形控制是有效的，能夠降低隧道30%左右的最大變形。

其次，Z方向變形X445剖面、X516剖面的時(shí)程曲線有較高的吻合度：在主體開始施工前(15期之前)，受上部施工荷載的影響，包括樁基、支護(hù)施工設(shè)備的重量及土方工程施工的擾動，Z方向的變形逐步增大。在10～15期之間，即地下室開挖完成到上部結(jié)構(gòu)施工前，淤泥處于超固結(jié)狀態(tài)，在吸水后有對外膨脹的趨勢[14]，地基淤泥上浮，基坑底部隆起，若無抗浮措施，會使隧道向上位移，造成約1 mm的回彈；在隔離樁外側(cè)回填土施工時(shí)，隧道因回填土自重及施工機(jī)械荷載產(chǎn)生突變，Z方向上的變形達(dá)到峰值分別為-5.5 mm與-5.2 mm，在側(cè)墻完成回填后30 d(即第22期)變形趨于穩(wěn)定，后續(xù)主體結(jié)構(gòu)施工對隧道在Y方向及X方向上位移的影響很小。

4 結(jié)論

(1) 算例中隧道區(qū)間內(nèi)各測點(diǎn)的最大變形為-6.1 mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范變形控制要求的±20 mm。對于地質(zhì)條件與本算例接近的軟弱地基淺埋隧道，推薦使用攪拌樁加旋挖樁的支護(hù)形式及沿中軸線方向分批次跳倉開挖基坑的施工控制措施，其能夠有效地控制隧道的沉降與變形。

(2) 隧道兩側(cè)對稱施工，能夠降低隧道20%～30%的側(cè)向位移。在臨近地鐵的工程建設(shè)中，同時(shí)對隧道中軸線兩側(cè)的基坑進(jìn)行加固、開挖及結(jié)構(gòu)施工，能夠有效限制下穿隧道的側(cè)向位移，且隧道側(cè)向變形因施工階段變化而受到的影響也會降低。

(3)隧道變形的發(fā)展主要集中在地下室開挖及側(cè)墻回填兩個階段。施工強(qiáng)烈影響區(qū)內(nèi)的地鐵隧道，針對其變形發(fā)展規(guī)律及隧道安全評判的研究應(yīng)包含基坑開挖后的施工階段。

(4)由于施工的不確定性及有限元模型中未考慮土體參數(shù)固有的空間變異性，有限元模擬結(jié)果與實(shí)時(shí)監(jiān)測略有偏差。未來研究中應(yīng)考慮隧道周邊土體的空間變異性，從而對其變形與風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行更加合理地評估。