基坑开挖对其下方已建电力隧道的影响分析

刘小建

（上海申通地铁集团有限公司，上海 201615）

随着城市地下空间开发的快速发展，已建隧道与新建地下工程之间的冲突日益突出，在已建隧道邻近位置或上方进行开挖的项目不断出现。根据以往工程实例及计算分析表明，下卧隧道的变形值随隧道上方卸荷量增大而增大，因此控制隧道回弹变形量最有效的措施是控制隧道上方土体开挖体积、尽量减少卸荷量。另外，根据时空效应理论，隧道的变形与基坑无支撑暴露的时间长短有关，基坑无支撑暴露的时间越短，基坑及隧道的回弹变形越小。在已建隧道上方采用明挖法施工的工程实例中，针对卸载量和缩短基坑暴露时间两大控制因素，分别采用地基加固、分区开挖和堆载预压等方法对隧道的隆起进行了控制，取得了良好的效果。

1 工程概况

本工程为地下二层岛式站台车站，位于繁华市中心，周边地下管线错综复杂，有一重要电力隧道位于开挖基坑下方0.5m。为保护下方电力隧道，主体在电力隧道两侧增设两道临时封堵墙将车站主体基坑分3 个施工段：A 区、B 区（西藏南路电力隧道穿越段）、C 区。施工顺序为：施工A 区基坑→施工C 区基坑→施工B 区基坑（西藏南路电力隧道穿越段）。

2 支护方式

根据工程特点、场地条件、盾构筹划和工期要求，结合管线搬迁和交通疏解需要及总体工程筹划，基坑均采用半幅盖挖法+明挖顺作法施工。按照上述要求，并考虑距离基坑较近的地面建筑物、工程地质和水文地质等因素的影响，本基坑围护型式分为以下3 种：

（1） A 区：基坑深度约16.29/18.09m，坑底位于第④层灰色淤泥质粘土与⑤1-1 层灰色淤泥质粉质粘土交界处，采用半幅盖挖+明挖顺作法施工。围护结构选用800mm 厚地下连续墙(采用GXJ 橡胶止水接头)，墙长30.5m（临近电力隧道侧封头墙范围局部深35m），东端头井为32m，墙趾位于⑤3-1 层灰色粉质粘土中，插入比为1：0.87/0.80。沿基坑深度方向设置四道支撑，第一道为钢筋混凝土支撑结合临时车道板及施工便道板设置，其余均为Ф609（t=16mm） 钢管支撑，其中靠近电力隧道封头墙区域采用伺服应力系统。

（2） B 区（电力隧道穿越段）：穿越段基坑尺寸为12.0mx20.1m，开挖深度15.62m，坑底位于第④层灰色淤泥质粘土与⑤1-1 层灰色淤泥质粉质粘土交界处，采用明挖顺作法施工。穿越段基坑上跨电力隧道，电力隧道顶标高-13.033～-13.098m，车站底板底距电力隧道净距约0.8m，坑底距离电力隧道净距约0.5m，电力隧道两侧围护结构采用800mm 厚地下连续墙(采用GXJ 橡胶止水接头)，深35m，墙底位于⑤3-1 灰色粉质粘土层，插入比为1：1.24。电力隧道上方南、北两侧四幅地下墙为跷脚幅，短墙深15.62m，距离电力隧道顶0.5m，其余范围墙深35m。为增加穿越段基坑南北两侧地墙整体刚度，翘脚幅地墙接头采用H 型钢刚性接头。

为了尽量减少电力隧道上跨段基坑卸载的影响，利用电力隧道结构的抗弯刚度，控制隧道上方局部卸载影响下的隆起变形，在上跨段基坑内沿电力隧道横向设置4 道分隔墙，把上跨段基坑分为5 个小基坑开挖，基坑内的分隔墙采用在MJS 加固体内插H 型钢的方法，电力隧道上方电力隧道上方H 型钢长15.62m，距离电力隧道顶0.5m；电力隧道两侧各1m 以外的H 型钢插至MJS 加固体底。沿基坑深度方向设置四道支撑，其中第一道为钢筋混凝土支撑，其余均为Ф609钢支撑/H 型钢撑。

（3） C 区：基坑深度约15.90m，坑底位于第④层灰色淤泥质粘土与⑤1-1 层灰色淤泥质粉质粘土交界处，采用明挖顺作法施工。围护结构选用800mm 厚地下连续墙(采用GXJ橡胶止水接头)，墙长35m，墙趾位于⑤3-1 层灰色粉质粘土中，插入比为1：1.20。沿基坑深度方向设置四道支撑，第一道为钢筋混凝土支撑，其余均为Ф609（t=16mm） 钢管支撑，并采用伺服应力系统。

3 开挖模拟

为了较准确的反映基坑开挖卸载对周边设施产生的附加变形影响，计算分析采用平面弹性有限元分析方法，以便模拟基坑围护体系与土体间的相互作用、土体自身的弹性特点及实际开挖工况等非线性因素。以基坑中部剖面为计算结果来评估附加影响。

建模范围为基坑及周围一定范围内的土体，根据以往工作经验和实测数据，以及此工程的规模，此范围已基本满足模拟土体的半无限体特性。用连续介质有限元法计算时，为简化计，岩土介质可根据不同情况和不同要求选择不同的本构模型。目前广泛用于实际岩土工程计算的本构模型主要有线弹性、非线弹性、弹塑性和粘弹塑性等几种。在本报告的计算中，环境要求地基的沉降很小，由土体塑性而引起的塑性应变也很小，故本文计算采用的模型为线弹性土体模型。为了分析东段基坑开挖对基坑围护结构、电力隧道以及地表的影响，以下按施工段A 区→C 区→B 区三个基坑施工顺序，分别列出每个基坑开挖完成后围护结构的水平变形云图、坑底隆起量的变形云图、电力隧道结构的变形云图、地表沉降变形云图等，进而分析是否满足基坑周边的环境保护要求。

3.1 施工段A 区基坑开挖并回筑完成

A 区基坑开挖完成并回筑内部结构后，围护结构的最大DX 向水平位移为5.1mm，发生在A 区基坑和B 区基坑之间分隔地墙的中下部位置；最大DY 向水平位移为18.2mm，发生在A 区基坑北侧地墙基坑底部位置。

A 区基坑开挖完成后，A 区基坑坑底的最大隆起量为74.2mm。电力隧道结构的最大水平向变形为3.1mm，最大的竖向变形为-1.2mm。A 区基坑开挖完成后，地表的最大沉降变形为6.3mm。

3.2 C 区基坑开挖并回筑完成

C 区基坑开挖完成并回筑内部结构后，围护结构的最大DX 向水平位移为4.2mm，发生在A 坑和B 区基坑之间分隔地墙的中下部位置；最大DY 向水平位移为18.3mm，发生在A 坑北侧地墙基坑底部位置。

C 区基坑开挖完成后，C 区基坑底的最大隆起量为12.1mm。电力隧道结构的最大水平向变形为3.1mm，最大的竖向变形为-1.1mm。C 区基坑开挖完成后，地表的最大沉降变形为6.5mm。

3.3 穿越段基坑（B 区基坑） 开挖完成

B 区基坑开挖完成并回筑内部结构后，围护结构的最大DX 向水平位移为3.8mm，发生在A 坑和B 区基坑之间分隔地墙的中下部位置；最大DY 向水平位移为18.4mm，发生在A 坑北侧地墙基坑底部位置。

B 区基坑开挖完成后，基坑底的最大隆起量为13.9mm。电力隧道结构的最大水平向变形为3.0mm，最大竖向变形为5.0mm 的隆起量，发生在B 区基坑底部对应的隧道位置处。B 区基坑开挖完成后，地表的最大沉降变形为6.6mm。

通过计算，在三个基坑分别施工完成后的最大变形结果汇总如下表1。

表1 基坑施工中的最大变形结果汇总

从上表可以看出，基坑围护结构、电力隧道等结构在基坑开挖过程中均满足保护要求，地表沉降也满足变形控制要求。

4 结语

综合上述，本基坑在采取有效措施后是能满足安全要求的，设计方案合理，能确保基坑安全及电力隧道的安全。经有限元计算预测分析，利用时空效应原理信息化施工，基坑开挖卸载后，对周边环境产生的地表沉降附加变形影响可满足基坑周边地表沉降量控制标准，可为今后相关工程提供借鉴。