基坑开挖时拉锚桩径对下卧隧道影响

李帅

（河北工程大学 河北邯郸 056038）

地铁的安全运营与建设是地下空间发展综合利用的一个典范[1-2]。隧道保护布置不当，引起地铁隧道结构变形过大，酿成严重地铁工程安全事故[3]。因此，借助GTSNX软件模拟了在地铁隧道上方开挖基坑的施工过程，分析拉锚桩桩径对下卧地铁隧道变形的影响，并对设计方案优化。

1 方案设计

1.1 基坑支护设计

基坑长185m，宽40m，深度5.1m，支护采用放坡土钉墙，开挖施工由北向南递进式开挖。

1.2 隧道防护设计设计

基底距隧道顶部约9m，衬砌外半径Rt=3m，衬砌厚dt=0.3m，隧道中心距地表18.15m。在垫层下做反压地梁，拉锚桩位于网架节点部位，桩长L=27m，桩半径 R 依次调整为 0.15m，0.225m，0.3m，0.375m，0.45m，0.525m，0.6m，地梁截面尺寸800mm（宽）×600mm（高），如图1所示。

图1 基坑及地铁隧道剖面

2 模型建立

2.1 模型尺寸

采用MIDAS进行三维数值模拟。模型尺寸取为240m×125m×45m（长×宽×高）。

2.2 模型材料参数

模型采用同一种土体来模拟，模型材料参数见表1。

表1 模型材料参数

3 模型结果分析

依次调整模型桩半径 R 为 0.15m，0.225m，0.3m，0.375m，0.45m，0.525m，0.6m进行分析。

3.1 隧道衬砌水平、竖向和总位移最大值

由图2可知，桩半径R逐渐增大，东、西隧道衬砌的最大水平位移、竖向位移和总位移逐渐减小。东、西隧道衬砌总位移变化曲线与竖向位移变化曲线比较接近，但总位移变化曲线远大于水平位移变化曲线。

图2 隧道衬砌位移最大值

由图2可知，桩半径R由0.15～0.6m，隧道总位移减小，其中拉锚桩半径由0.15～0.3m时，隧道总位移减小快，而由0.375m增大到0.6m时的位移速率逐渐变小。取桩半径为0.3m时符合地铁有关部门对地铁上浮变形不大于2mm的控制要求。

3.2 隧道衬砌总位移

根据拉锚桩半径R=0.3m的模拟结果，隧道总位移有一个最大值点和最小值点。其中最大值在拱顶，最小值在拱底，隧道变形为竖向隆起。此时隧道总位移最大值为1.98mm。

4 结论

（1）隧道总位移最大值在衬砌拱顶，最小值在衬砌拱底。拉锚桩半径由0.15m增大到0.3m时，隧道总位移减小的很快，而由0.375m增大到0.6m时位移速率逐渐变小。

（2）基坑开挖时对隧道引起的位移主要为竖向的隆起位移。在一定范围内，拉锚桩半径越大，基坑开挖时对隧道位移产生的影响越小。