基坑开挖对临近地铁隧道的影响分

广东省冶金建筑设计研究院 贾世平

基坑开挖对临近地铁隧道的影响分

广东省冶金建筑设计研究院 贾世平

本文针对地铁旁某基坑开挖工程，采用有限元仿真模拟，选取典型剖面建模，并动态模拟基坑施工步骤，分析考察基坑开挖全过程对临近地铁隧道的影响。为该基坑开挖及地铁保护提供可靠依据，对工程具有一定的实际价值。

基坑施工 动态模拟 地铁 影响分析

一、工程概括

该基坑位于深圳市中心区，基坑开挖深度约为20.6m。采用800mm 地下连续墙作为基坑围护；地下室采用逆筑法， 为了配合逆作法施工，预埋永久钢柱作为支撑，永久桩基础采用钻孔桩并在桩内预埋方钢桩，方钢桩内浇筑混凝土。靠近地铁则只有一层地下室，采用800mm临时钻孔桩和直径600mm高压旋喷桩及两层临时刚支撑共同组合成基坑支护结构。

该基坑邻近地下铁路保护范围，基坑南侧距地铁最近约24m。地铁隧道最大净高9m，隧道顶埋设10m，隧道宽19m。

基坑施工要求不得影响地铁正常运营安全，宜采用对地铁安全运营影响最小的形式。同时，城市轨道安全保护要求：运营线路轨道竖向最大变形±4mm，两轨横向高差<4mm，城市轨道交通结构绝对沉降量及水平位移≤20mm。

二、 影响分析过程

1. 模型说明

本次模拟选用选取了离地铁隧道最近的典型剖面，该剖面也是基坑支护设计断面，土体本构模型采用摩尔库仑模型。对地下连续墙、临时钻孔桩挡墙及止水帷幕采用平面应变单元模拟，墙厚度均为800mm， 对一层地下室临时H型钢支撑、灌注桩及预留方柱采用梁单元模拟。临时支撑、桩、柱的截面形状和尺寸严格按照设计取值。基坑开挖深度为20.6m，模型边界取左侧边外的60m左右，深度取约50m，如图1所示。

2. 材料本构模型及计算参数（见表1）

表1 材料计算参数表

隧道结构线弹性25 3.0E7 0.25楼板线弹性25 3.0E7 0.25地连墙、钻孔灌注桩、预留桩线弹性25 3.0E7 0.25临时支撑线弹性76 3.1e+10 0.2

3. 有限元分析工况模拟

结合前述基坑开挖支护及施工方案，数值模拟中采用以下工况模拟计算：

（1）初始应力：把原状土激活，计算初始地应力，位移清零；

（2）进行800mm地下连续墙 ， 临时钻孔桩挡土墙及止水深层搅伴桩，灌注桩桩基础及预埋预留柱施工；

（3）进行首层开挖放坡并建造首层地下室楼板，上层结构同时施工；

（4）待首层楼板强度达设计强度C30后，进行地下一层开挖，上层结构同时施工；

（5）安装临时支撑，开挖至+6.4并建筑地下一层楼板及天然地基基础；继续逆筑法开挖至地下一层开挖楼板施工；

（6）建造整体地下一层楼板施工，拆除内支撑，完成首层楼板施工继续逆筑法，向下建造地下二层及上层结构同时施工；

（7）开挖至地下三层并建造地下三层楼板待地下三层楼板强度达设计强度后，进行下一层开挖；

（8）开挖至地下四层并建造地下四层楼板及桩。

三、典型剖面开挖重点分析及结论

1、 变形分析

表2为不同工况下A、B、C点的水平位移和沉降数据，由表中可以看出7种工况下各点的水平位移和沉降均在地铁隧道许可范围内，基本上满足运营线路轨道竖向最大变形不超过±4mm以及隧道结构绝对沉降量≤20mm的要求。

表2 不同工况下A、B、C点变形情况

注：表中数值为m。

以下图2、图3为工况8地铁隧道底部AD线上沉降变化情况、地铁隧道底部AD边侧向变形情况，由图中可以看出不均匀竖向变形远小于4mm。

2. 分析结论

由以上分析可知，计算满足运营线路轨道竖向最大变形不超过±4mm以及隧道结构绝对沉降量≤20mm的要求，基坑施工对地铁影响很小在允许范围内。

四、 总结

（1）典型断面基坑开挖各工况下，对地铁隧道的影响较小，隧道结构绝对沉降量最大为1.2mm，满足运营线路轨道竖向最大变形在±4mm范围内和隧道结构绝对沉降量≤20mm的要求；

（2）采用连续介质有限元整体模型，真实模拟逆筑法施工的全过程，进行施工阶段分析，基坑施工对最近深圳地铁产生的差异沉降可满足地铁正常运营的控制要求，验证了本工程基坑支护设计及逆筑法施工的可靠；

（3）通过连续介质有限元整体模型对地铁的附加变形分析，本工程基坑设计及施工能够满足地铁运营对变形控制要求，可确保地铁的安全和正常运营；

（4）由于采用平面问题假定，计算结果大于实际值，根据经验判断，基坑开挖和支护产生的隧道结构变形不会超过20mm，轨道变形不会超过±4mm的规定要求。

[1]深圳市地铁有限公司城市轨道交通安全保护区施工管理办法（暂行），深圳市地铁有限公司，2007年4月

[2]北京迈达斯技术有限公司.MIDAS/GTS用户手册[R].北京：北京迈达斯技术有限公司

[3]中国建筑科学研究院.《建筑基坑支护技术规程JGJ 120-99》[L].北京：中国建筑工业出版社，1999

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