关于基坑工程对邻近地铁隧道影响的分析及处理方法研究

王瑶

摘 要：地铁在城市交通中所起到的作用是十分显著的，而就地铁隧道工程施工而言，基坑开挖对其造成的影响是相对较大的。若想使得这种影响能够降至最低，就必要对施工的各个方面展开深入的探析，能够对基坑开挖对邻近地铁隧道所产生的具体影响有清晰的认知，采取针对性的措施对其问题进行解决，进而在提高基坑工程建设有效性的基础上，最大限度地不影响邻近地铁隧道工程，实现二者的协调发展。本文将从力学原理出发，对基坑开挖对邻近地铁隧道所造成的影响予以深入的探析，并对设计、施工予以详细的阐述，以期能够使得基坑开挖所带来的影响切实降低。

关键词：基坑工程 地铁隧道 控制措施

中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（c）-0026-02

1 计算分析方法

1.1 分析方法比较

连续介质有限元法的应用是较为普遍的，在使用此种方法之时，围护结构、邻近建筑以及周边土体均是分析的主要对象，开挖之时的荷载来源主要是以开挖面上的土地应力释放作为标准。若想使得分析试验能够更加的简便，一般的做法就是把围护结构中的几个典型剖面当作平面应变问题来进行计算。当然，计算的动态性特征太为明显。因为基坑施工是持续进行的，而且工程在施工空间上还呈现出动态特点。为了使基坑工程周边环境应力的计算结果更为精准，三维连续介质有限元法的应用成为焦点。

此种方法可以将施工的状况模拟出来，使得基坑支护结构能够完整展现出来；而在对基坑邻近地铁隧道进行空间分析之时，三维计算模型则可将隧道空间分布曲线呈现在大家的眼前，这就使得围护结构的施工更具实效性；另外来说，在对工况进行计算之时，其能够使得工况的展现更为精细。

1.2 修正剑桥模型

在当前时期，展开土工计算的过程中，土体结构模型有两类，首先是非线性弹性模型，其次是弹塑性模型。在对软土地基变形进行计算之时，修正剑桥模型是较为适宜的。

在修正剑桥模型之中，最为关键的参数主要是3个，即p-q平面上破坏线斜率M、压缩指数λ以及回弹指数κ。在这三个参数当中，通过三轴压缩实验就可得到M，一般来说，M可为6sinφ/（3-sinφ）。而通过压缩回弹试验，则可得到λ以及κ，这两个参数属于等应力比的正常压缩曲线和回弹曲线在e-lnp平面中呈现出的斜率。因为压缩指数Cc、膨胀指数Cs属于正常压缩曲线和回弹曲线在e-lnp平面上的斜率，所以说，它们之间是有着紧密的关联性的，见图1、图2。

2 总体设计方案

该工程周边多商业街分布，基坑开挖面积近44365m2，在开挖深度方面，基坑东侧深度达6～6.7m，其它侧深度达6.2～8m。对工况图进行分析可知，工程周围有着较多的多层建筑，地下也有非常多的管线。另外来说，工程东侧还有地铁线路，呈南北方向，北延伸段区间隧道的顶部埋深为11.8m，围护体和隧道之间的最小净距5.45m。地铁隧道的紧邻情况增大了该基坑工程的施工难度，隧道的变形监测以及沉降问题尤为棘手。

在对方案进行设计之时，要对基坑的面积，开挖的深度，还有工程所具有的经济性予以整体性考虑。本工程围护设计采用重力坝、排桩结合坑内混凝土支撑等。基坑深度为6.2～7m处，采用重力坝支护，西南一侧在环保方面的要求不是很高，采用重力坝支护。东侧靠近地铁隧道，采用排桩结合一道混凝土支撑方式。北侧以及西北侧的基坑深度为7～8m，支护采用排桩结合钢斜撑的方式。东侧临近地铁一号线，围护及支撑设计需保证基坑施工期间地铁隧道能够保持常态化的运营，而且安全性不会降低。

以时空效应原理为出发点进行设计，其工况为：将土方开挖和基础底板浇筑予以有效结合，把整个基坑分为10个区域，图3是具体的划分图。各个分区按照距离地铁由远到近进行土方挖除，每个区的挖除分段展开，挖到基底标高，完成混凝土垫层的浇筑工作后再开挖另一分区。位于地铁侧50m范围之内的分区最后进行挖除，具体工况见图4。放坡平台的宽度一定要达到要求，先进行坡盆式开挖，在达到基底标高之时，就要先完成基础底板的浇筑工作，并要确保其强度达到设计标准，之后再开槽架设好钢斜坡撑。而在对地铁侧留土基坑进行挖除时，采用分层、分块的方式，并且要将基础底板浇筑完成，这样可使得基坑开挖之时所出现的围护结构变形，基坑隆起，还有环境破坏等得到有效的管控。

预保护以及跟踪保护的具体措施：对图5进行分析就可知道，对地铁侧基坑被动区土体进行加固之时，可采用的是三轴水泥搅拌桩，从而使得土体强度得到提升，围护结构出现水平变形，还有基坑隆起的情况显著降低。

对施工的工艺、工序进行调整：在首层地下室浇筑完毕之后，其強度也能够满足需要，回填的相关工作也保质完成，此时方可将支撑体系拆除。止水帷幕应该使用的是单排三轴水泥土搅拌桩，这样可使得施工造成的环境影响降至最低。

3 基坑开挖对地铁影响的计算与分析

3.1 三维有限元模型的建立

基坑开挖的尺寸是230m×240m，深度则是6.45m。在建立三维模型之时，对基坑开挖所造成的影响予以全面考虑，模型为1250m×1250m×63m，其上边界是自由边界，底部全约束，每个侧边均要确保不会像基坑方向出现水平位移。采用8节点实体单元来对土体、重力坝进行模拟，通过4节点板来对围护桩、底板，还有隧道衬砌进行模拟，通过空间梁单元来对地铁侧的混凝土支撑进行模拟。

3.2 计算结果

基坑开挖完成之后，非地铁侧重力坝出现的位移相对大一些，最大值达到了42.5mm；地铁侧所使用的围护方式是灌注桩，效果是较为显著的，这一侧所出现的位移最大值是22.6mm。应该说，下行线所受到的影响相对更大，其出现了2.23mm的水平位移，而上行线只有1.43mm。临近围护桩的下行线所出现的竖向位移主要是上抬，最大值达到了2.22mm，上行线的竖向位移则是负值，这就说明上行线出现沉降，最大值达到3.31.从计算的实际结果来看，隧道变形的情况并不明显，处于可控的范围当中。

3.3 监测结果与分析

图5是监测点布置图，图6是部分测点的水平位移图。则将所有测点的水平位移最大值，还有最大侧移的深度展示出来，从中能够得知，和地铁相近的围护桩所出现的水平位移值达到了20.7mm，而最大侧移的深度处于4～8mm之间，隧道顶深度则为12mm，应该说，在这个深度，围护桩并未出现太大的水平位移，其处于5～8.5mm范围之中。

4 结语

由本文叙述可知，基坑工程对临近的地铁隧道所产生的影响主要展现卸土、降水以及土体回弹等方面。在卸土之时，时间、空间还有土体所具有的力学性质均属于影响因素，一旦土方量较大，时间过长，而且土体力学性质相对差一些，则会对隧道造成较大的影响。而基坑降水则会导致土体的有效应力变大，此时地铁的附加荷载就会变大，随着降水的变深，附加荷载就变得更大。而要想保证基坑的开挖不会对地铁隧道产生较大的影响，就要选择适宜的方法进行挖掘，并要对坑底进行加固处理，对降水予以必要的控制等，这样才能使得基坑开挖造成的影响降至最低。

参考文献

[1] 姜兆华，张永兴.基坑开挖对邻近隧道纵向位移影响的计算方法[J].土木建筑与环境工程，2013（1）：7-11.

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