高劍波GAO Jian-bo

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都 611730）

1 工程概況

1.1 基坑工程基本情況

重慶軌道交通4 號(hào)線西延伸項(xiàng)目，車站與既有5 號(hào)線、遠(yuǎn)期23 號(hào)線換乘。車站為地下兩層島式站。項(xiàng)目周圍環(huán)境復(fù)雜，西側(cè)毗鄰既有地鐵隧道，最小距離為15.2m。西側(cè)為A、B、C 三個(gè)附屬結(jié)構(gòu)。其中，A 基坑開挖深度6～8.5m，采用懸臂樁、灌注樁+錨索、土釘墻等支護(hù)方案。B 基坑開挖深度9.2～15.8m，采用復(fù)合土釘墻、灌注樁+錨索等支護(hù)方案，C 基坑開挖深度5.4～10.7m，采用土釘墻、灌注樁+錨索等支護(hù)方案。

1.2 既有地鐵隧道基本情況

地鐵隧道區(qū)間線路全長(zhǎng)1.2km，采用盾構(gòu)法施工，設(shè)計(jì)為雙洞雙線，埋深為9.2～11.4m。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，隧道主要穿越粉質(zhì)黏土層。地鐵隧道上方是城市道路，斷面寬度為42m，由機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道組成。

2 基坑開挖對(duì)臨近既有地鐵隧道的影響等級(jí)評(píng)價(jià)

依據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T202-2013，以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）[1]，根據(jù)基坑與隧道結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系及基坑支護(hù)方案，評(píng)價(jià)基坑開挖對(duì)地鐵隧道的影響等級(jí)。

2.1 A 基坑

A 基坑距離地鐵隧道的距離為15.2m，開挖深度在6～8.5m。其中，灌注樁+錨索支護(hù)節(jié)段長(zhǎng)度h 為7.9m，間距15.2m 處于1.0h～2.0h 之間，隧道結(jié)構(gòu)位于一般影響區(qū)（C）內(nèi)。盾構(gòu)施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)外徑D 為6.4m，間距15.2m 處于2D～3D 之間，屬于較接近程度。綜合分析后，A 基坑開挖對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響等級(jí)為三級(jí)。

2.2 B 基坑

B 基坑距離地鐵隧道的距離為16.6m，開挖深度在9.2～15.8m。其中，灌注樁+錨索支護(hù)節(jié)段長(zhǎng)度h 為17.8m，間距16.6m 處于0.7h～1.0h 之間，隧道結(jié)構(gòu)位于顯著影響區(qū)（B）內(nèi)。盾構(gòu)施工時(shí)，間距16.6m 處于2D～3D 之間，屬于較接近程度。綜合分析后，B 基坑開挖對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響等級(jí)為二級(jí)。

2.3 C 基坑

C 基坑距離地鐵隧道的距離為16.1m，開挖深度在5.4～10.7m。其中，土釘墻支護(hù)節(jié)段長(zhǎng)度h 為8.4m，間距16.1m 處于1.0h～2.0h 之間，隧道結(jié)構(gòu)位于一般影響區(qū)（C）內(nèi)。盾構(gòu)施工時(shí)，間距16.1m 處于2D～3D 之間，屬于較接近程度。綜合分析后，C 基坑開挖對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響等級(jí)為三級(jí)。

根據(jù)A、B、C 基坑的評(píng)定結(jié)果，綜合判定基坑開挖對(duì)臨近既有地鐵隧道的影響等級(jí)為二級(jí)。

3 基坑開挖對(duì)臨近既有地鐵隧道的影響模擬分析

3.1 建立模型

利用CAD 建立基坑和地鐵隧道工程模型，利用ABAQUS 軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將數(shù)據(jù)圖像導(dǎo)入FLAC 3D，共有29335 個(gè)網(wǎng)格、44500 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

①巖土采用實(shí)體單位進(jìn)行模擬，其中x、y、z 分別代表模型的寬度、長(zhǎng)度、深度方向。地層自上而下依次是雜填土、粉質(zhì)黏土、碎石和全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，參數(shù)見表1。

表1 工程模型的地層參數(shù)信息

②灌注樁采用pile 單元進(jìn)行模擬，密度為2500kg/m3，截面積為0.785m2，彈性模量為20GPa，泊松比為0.2，極慣性矩為0.098m4。

③錨索采用Cable 單元進(jìn)行模擬，根據(jù)設(shè)計(jì)值確定錨固長(zhǎng)度、角度等指標(biāo)，截面積為280mm2，彈性模量為200 GPa，內(nèi)摩擦角為25°，錨索抗拉強(qiáng)度為1800MPa。

④土釘采用Cable 單元進(jìn)行模擬，設(shè)計(jì)值確定長(zhǎng)度、角度等指標(biāo)，截面積為380mm2，彈性模量為200GPa，內(nèi)摩擦角為25°，土釘全長(zhǎng)錨固。

⑤腰梁采用Beam 單元進(jìn)行模擬，截面積為60cm2，彈性模量為200GPa，極慣性矩為0.0004m4。

⑥管片采用Shell 單元進(jìn)行模擬，厚度為20cm，半徑為3.2m，密度為2500kg/m3，彈性模量為7GPa，泊松比為0.25。

3.2 基坑開挖施工方案

根據(jù)基坑開挖作業(yè)流程，考慮到對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響，模型計(jì)算時(shí)將施工分為兩個(gè)階段：第一階段建立地應(yīng)力場(chǎng)，建立區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)；第二階段完成基坑的開挖與支護(hù)，此時(shí)第一階段造成的變形清零[2]。為了進(jìn)一步分析開挖工序?qū)Φ罔F隧道結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)兩種開挖施工方案：

①方案1：先對(duì)A 基坑開挖支護(hù)，再對(duì)B、C 基坑開挖支護(hù)，工藝流程：灌注樁和懸臂樁支護(hù)→開挖A 基坑第1層土，錨索、腰梁施工→開挖A 基坑第2 層土，錨索、腰梁施工→灌注樁支護(hù)→開挖B 基坑第1 層土，錨索、腰梁施工→開挖B 基坑第2 層土，錨索、腰梁施工→開挖C 基坑第1 層土，錨索、腰梁施工→開挖C 基坑第2 層土，錨索、腰梁施工。

②方案2：先對(duì)B、C 基坑開挖支護(hù)，再對(duì)A 基坑開挖支護(hù)，工藝流程與方案1 相反，不再贅述。

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 基坑受力變形

按照方案1 開挖作業(yè)，基坑周圍地層、基坑底部地層發(fā)生位移。模擬分析結(jié)果顯示，地應(yīng)力平衡后，開挖支護(hù)作業(yè)期間，基坑周邊土體沉降，基坑底部土體隆起，坑壁最大位移、坑底最大隆起均位于B 基坑內(nèi)，前者為11.5mm，后者為12.2mm，如圖1 所示。

圖1 基坑側(cè)向位移和豎向位移云圖

3.3.2 隧道地表沉降位移

基坑施工完成后，分別在基坑邊線中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的隧道結(jié)構(gòu)上方地表設(shè)置測(cè)點(diǎn)A、B、C。結(jié)果顯示：①基坑開挖均導(dǎo)致隧道地表發(fā)生沉降和位移，其中A 基坑開挖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)沉降未造成影響，位移量最大為4mm；B 基坑開挖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)沉降、位移影響最大，分別是2mm、9mm；C 基坑開挖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)沉降、位移影響介于兩者之間。②采用不同開挖方案，隧道地表沉降和位移情況也不同，見表2。說明開挖工序?qū)λ淼赖乇碜冃尉哂幸欢ㄓ绊?，?yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件和施工要求進(jìn)行確定[3]。

表2 隧道結(jié)構(gòu)上方測(cè)點(diǎn)的沉降值和位移值 單位：mm

3.3.3 隧道結(jié)構(gòu)位移

按照方案1 開挖作業(yè)，分析隧道結(jié)構(gòu)的豎向沉降和水平位移情況，在隧道模型頂部設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)果見表3。分析可知：①隧道結(jié)構(gòu)的豎向沉降量較小，其中右線隧道距離基坑更近，既有沉降、也有隆起[4]。左線隧道以沉降為主。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最大沉降值＜20mm 的控制值，滿足《規(guī)范》中的沉降控制要求。②隧道結(jié)構(gòu)的水平位移向基坑一側(cè)偏移，其中右線隧道的偏移值大于左線隧道。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最大位移值＜20mm 的控制值，滿足《規(guī)范》中的位移控制要求。③基坑開挖引起隧道結(jié)構(gòu)的最大沉降和位移均位于B 基坑西側(cè)，此處應(yīng)作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位。

3.3.4 隧道結(jié)構(gòu)受力

基坑開挖完成后，選取B 基坑灌注樁+錨索支護(hù)段分析隧道結(jié)構(gòu)的受力情況。結(jié)果顯示：①?gòu)乃淼理敳康降撞浚瑧?yīng)力值先增大后減??；其中襯砌中部應(yīng)力最大，隧道底部襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力最小[5]。②基坑開挖前、后，隧道襯砌的受力特征變化不明顯，開挖作業(yè)引起的附加荷載近似為0?；娱_挖后，隧道底部的應(yīng)力減小，減小值為18kPa。③基坑開挖后，隧道剖面結(jié)構(gòu)受到的圍巖壓力見表4，分析可知徑向接觸壓力較大，附加壓力較小，且＜20kPa 的控制值，滿足《規(guī)范》中的控制要求。

表4 基坑開挖后徑向接觸壓力及附加壓力值 單位：kPa

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基坑工程開挖作業(yè)期間，會(huì)對(duì)周邊土層及建筑物產(chǎn)生一定影響。本文結(jié)合實(shí)際案例，得出以下結(jié)論：

①基坑開挖過程中，坑壁最大位移、坑底最大隆起均位于B 基坑內(nèi)。

②B 基坑開挖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)沉降、位移影響最大，但最大沉降值、最大位移值均＜20mm 的控制值，滿足《規(guī)范》中的沉降控制要求。

③基坑開挖對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的受力影響較小，滿足《規(guī)范》中的控制要求。