深基坑开挖对临近地铁隧道的影响研究

柯洋 何轩

摘 要 新建基坑工程施工过程中，在确保基坑自身安全的同时，也要控制由于基坑施工引起的土体位移，保证邻近地铁的安全和正常运营。以武汉某深基坑工程为例，应用数值模拟方法研究了深基坑开挖施工对既有地铁区间隧道结构的影响。根据基坑开挖数值模拟计算，地铁结构位移最大发生在基坑开挖见底，最大水平位移为8.92mm，最大竖向位移为3.83mm。

关键词 深基坑；地铁隧道；变形分析；数值模拟

引言

新建基坑施工时不仅要确保其自身的安全稳定，又要控制由于基坑开挖引起的附近地层移动，保证其对周围环境的影响在允许的控制范围之内[1]。深基坑施工对邻近既有地铁隧道及轨道结构的影响表现为：新建深基坑开挖必然会对坑周土层造成扰动，产生变形，并将变形传递至邻近地铁隧道，使隧道原有的受力平衡被打破，在地应力重分布的作用下发生变形[2]，从而带动隧道内轨道结构产生变形。

本文以武汉地区某典型基坑及其邻近的地铁盾构隧道工程为例，通过数值模拟计算，研究了深基坑开挖引起的地铁隧道结构变形。

1 工程概况

拟建基坑工程位于武汉某地铁区间隧道东侧，该工程由商业区和住宅区组成，商业区由1栋39F商业写字楼及2栋3F商业楼组成，地下为2层满铺地下室，基础采用钻孔灌注桩基础；住宅区由1栋37F及2栋54F超高层住宅楼组成，地下为3层满铺地下室。临近地铁区间处地下室基坑深10.25m，距离区间15.4m～22.0m，侵入轨道交通安全保护线最大距离为34.6m。

拟建场地地貌单元属长江冲积一级阶地，地势平坦。场地岩土层自上而下主要由四个单元层组成，从成因上看，①单元层为新近填土和淤泥层；②单元层属第四系全新统冲积（Q4al）一般黏性土、淤泥质黏土、黏土夹粉土；③单元层为第四系全新统冲积（Q4al）砂性土及卵石层；④单元层为志留系的强～中风化泥岩。

2 研究内容

针对本项目深基坑工程的周边场地环境、深基坑支护结构设计特点、深基坑施工特点及邻近地铁区间隧道的保護要求，开展以下几个方面的工作：

2.1 基础资料收集与分析

通过调查场地周边建（构）筑物环境情况；分析相关的地质勘查报告，收集、整理与评估工程地质和水文地质条件，确定各土层的计算力学参数。通过设计图纸确定本项目深基坑和邻近地铁结构的立体关系、深基坑工程支护结构设计及基坑施工方案；收集邻近地铁结构的设计参数。

2.2 对邻近地铁结构的数值模拟分析

综合分析本项目场地工程地质及水文地质资料，结合深基坑工程支护结构设计参数、深基坑工程施工特点，以及邻近地铁结构特点分析，通过对整个施工过程进行仿真模拟，采用平面模型进行复核，系统研究深基坑施工对邻近地铁结构所造成的不利影响。

3 研究方法及结果分析

本次分析采用岩土、隧道结构专用有限元分析软件MIDAS/GTS NX 进行计算。该软件是针对岩土隧道领域的结构分析所需的功能开发的程序，具有强大的前后处理及求解功能外，还可很方便地进行回填、开挖及施加支护结构等岩土及隧道工程施工阶段分析。根据本基坑与邻近地铁区间的平面及立体关系以及基坑工程支护结构设计及施工特点。采用平面应变单元模拟地层，梁单元模拟围护结构、区间隧道结构。

地铁区间隧道的横向位移云图详见下列图：

地铁区间隧道的竖向位移云图详见下列图：

由计算结果可知：当完成基坑土体开挖后，地铁区间结构的最大水平变形为8.92mm（向基坑方向）；地铁区间结构的最大竖向变形为3.83mm（左线隧道）。

参考文献

[1] 侯学渊，刘国彬，黄院雄.城市基坑工程发展的几点看法[J]施工技术，2000，29（1）：5-7.

[2] 程斌，刘国彬，侯学渊.基坑工程施工对邻近建筑物及隧道的相互影响[C].全国结构工程学术会议.全国结构工程学术会议论文集.上海：上海市市政工程管理局，2000：486-491.