基坑开挖对邻近既有下穿顶管隧道的变形影响分析

李 靖

（江西有色建设集团有限公司，江西 南昌 330000）

道路工程建设规模逐渐扩大，工程深基坑数量越来越多，在基坑开挖过程中，对邻近下穿顶管隧道会产生一定影响，如果没有及时采取有效的控制措施，下穿顶管隧道容易出现变形，严重影响隧道的安全运行，顶管隧道具有断面大、超浅埋、建设成本比较低的特点，因而被广泛应用在城市轨道交通工程中。为了减小基坑开挖对邻近既有下穿顶管隧道产生的不利影响，相关单位要采取有效的控制对策。

1 案例概况

某城市拟建大型广场，地上38层，地下4层，地上部分采取现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，基础采用筏板基础。建筑基坑左侧距离某道路顶管隧道14.5m，右侧距顶管隧道16.8m，基坑开挖过程中，既有下穿顶管隧道发生一定变形。

2 基坑支护方案

因为基坑开挖会对周围既有顶管隧道产生较大影响，若土体出现变形，顶管隧道会发生下沉或上浮现象，严重的还会损坏隧道内部结构。因此，该工程基坑上部采取放坡开挖方法，放坡采取钢筋网+喷射混凝土支护形式，支护结构采取双排桩+钢支撑形式。前排桩采取钻孔灌注桩，桩长在15.5m～17.5m之间，后排桩体采用长度为15m的钻孔灌注桩，两排钻孔灌注桩之间的距离为3.5m，在基坑的两个角部，分别设置钢管水平支撑，基坑的中间区域使用钢管斜抛撑。基坑支撑结构参数见表1。

表1 该基坑支撑结构参数

3 基坑开挖对下穿顶管隧道的影响分析

3.1 模型建立

为了进一步了解基坑开挖对邻近既有下穿顶管隧道的变形影响，相关人员要结合该地区的地形地貌特点，包括基坑与下穿顶管隧道结构尺寸，建立三维模型，并根据基坑实际施工情况，进行准确的计算，提升模型的合理性，更好的反映出具体情况[1]。在建立模型的过程当中，相关人员要注意以下问题：

第一，基坑采用钻孔灌注桩，结合刚度等效原理得知，连续的钻孔灌注桩相当于地下连续墙，可以利用板单元来代替，环梁则采取梁单元来代替，钢管支撑用桁架代替[2]。

第二，下穿顶管隧道管片用板单元来模拟。

第三，该基坑内部与外部的土体，均利用实体单元来模拟，进而构建更为完善的计算模型。

影响下部顶管隧道变形的因素比较多，例如基坑与隧道之间的距离，包括基坑挖土深度，以及该地区的地质条件与上部荷载等，施工单位要根据具体情况，科学选择施工方案，并合理控制基坑的开挖深度[3]。

3.2 基坑开挖对邻近既有下穿顶管隧道影响分析

3.2.1 基坑外土体位移对下穿顶管隧道产生的影响

由于基坑内部土体开挖量的逐渐增加，基坑内部的原状土体密实度不断下降，土体孔隙率逐渐提升，使得土体自身的抗剪强度逐渐下降，土体内部应力分布不均匀。基坑顶部土体应力逐渐释放，不但会产生明显的水平位移，而且会逐渐下沉。

另外，随着基坑内部土体的逐渐开挖与卸载，基坑底部出现隆起现象，隆起量达到了24.5mm，基坑周围的土体由于开挖深度的不断增加，沉降量逐渐增大，基坑开挖结束后，沉降量达到了6.87mm。该基坑开挖与支护结束后，基坑底部坡脚位置的侧移最大，达到18.52mm。随着基坑坑壁逐渐向内移动，基坑底部出现较大变形，其变形矢量主要集中在基坑中部与上部，同时基坑的底部会出现卸荷回弹量[4]。

3.2.2 基坑围护结构水平对下穿顶管隧道产生的影响

在此基坑工程中，围护体系排桩需要随开挖随支护，因此，相关人员还要密切监测排桩的水平位移。根据上述分析得知，在不同施工条件下，伴随基坑开挖深度的逐渐加大，其后部的土体水平位移增加，基坑底部最大水平位移达到了17.8mm。产生此种现象的主要原因是基坑开挖，对墙体土压力产生较大破坏，土压力平衡被打破，同时由于墙后部土体发生变形，土压力无法在短时间内平衡。针对基坑下部的围护结构来讲，受墙体被动土压力的影响，其变形量逐渐减小，水平位移也会逐渐减小[5]。

3.2.3 基坑四周地表沉降对下穿顶管隧道产生的影响

根据大量的基坑工程实践得知，基坑外部土体出现沉降变形的形状主要分为两种，分别是三角形与凹槽形。相关人员为了进一步了解基坑开挖对周围地表沉降产生的影响，在基坑开挖边缘处，每隔5.0m布设一个监测点，准确记录基坑外部的地表沉降。该基坑外部的地表沉降为凹槽形，基坑开挖结束后，地表沉降最大值位于基坑边缘外侧16.0m左右，最大的沉降量达到了6.9mm，随着墙后距离的不断增加，沉降量逐渐下降，最终趋于零。

3.2.4 基坑开挖对下穿顶管隧道变形产生的影响

基坑开挖对下穿顶管隧道变形产生的影响如下：第一，基坑开挖结束后，顶管隧道结构出现水平位移，呈现出左侧大、右侧小的趋势，与基坑距离近，顶管隧道的水平位移大，最大达到了6.08mm，最小为0.28mm。第二，该基坑左侧隧道竖向变形量显著大于右侧隧道变形量，最大为3.18mm，顶管隧道变形满足结构安全要求。第三，基坑开挖施工期间，下穿顶管隧道产生的不均匀变形大于竖向位移，所以，在水平方向，下穿顶管隧道特别容易发生拉弯破坏现象[6]。

3.3 预防措施

为了减小基坑开挖对下穿顶管隧道变形产生的不利影响，施工单位在具体施工期间，要采用有效的控制措施，保证顶管隧道的稳定运行，具体可从以下几方面入手：

第一，针对基坑底部以下的土体，可结合现场实际情况，采用满堂加固方案。如果既有下穿顶管隧道与基坑距离比较近时，可以对基坑被动区土体采取旋喷加固措施。通过对基坑被动区土体进行加固处理，不但可以提升岩土体密实度，而且能够显著调岩土体自身的抗剪强度，避免岩土体出现较大变形。

第二，针对既有下穿顶管隧道四周土体采取注浆加固措施，提升土体自身的抗剪切能力，减小基坑施工对顶管隧道产生的影响，真正达到提升顶管隧道抵抗变形能力的目的。

第三，在基坑和下穿顶管隧道间采取隔断措施，可以施作钢管桩墙，提升基坑结构的安全性，避免下穿顶管隧道出现较大变形。但是，采用此种施工措施，建设成本比较高[7]。

第四，施工单位可以适当增加基坑围护结构的入土深度，提高围护结构的刚度，保证基坑围护结构的完整性。在基坑开挖期间，施工人员要支护一段、开挖一段，避免出现基坑坍塌事故。

第五，为了避免基坑底部出现变形破坏，防止基坑底部隆起，施工单位还要适时施作结构底板，并结合基坑施工特点，适当增加围护结构的入土深度，保证基坑围护结构更加安全。

4 结语

综上，本文结合某基坑工程实例，验证采取钻孔灌注桩支护结构的可行性，基坑支护结构较为稳定，满足基坑工程的施工需求。在基坑开挖过程当中，对既有下穿顶管隧道产生一定影响，下穿顶管隧道容易发生不均匀沉降与变形，在水平方向上，顶管隧道发生拉弯变形的概率特别大。施工单位决定对基坑被动区土体进行加固处理，减小基坑开挖对既有下穿顶管隧道产生的不利影响。通过采用上述施工方案，取得较好的施工效果，经过专业的检测机构检测后，基坑开挖质量达标，对既有下穿顶管隧道影响减小，故可以为类似工程项目提供有效借鉴。