旁侧基坑开挖对既有盾构区间结构的影响分析

耿宁宁　潘学凯

摘 要：在城市快速发展的时代背景下，邻近轨道交通的工程建设越来越多而且越来越近，基坑开挖对既有轨道交通区间结构的影响也越来越受重视。本文以合肥市某高层建筑基坑施工为实例，采用MIDAS/GTS有限元软件进行分析，提出相应的施工要求与应急方案，为地铁保护提供重要依据，也为类似工程提供一定的参考。

关键词：基坑开挖;既有轨道交通;区间结构;影响分析

中图分类号：U455.43 文献标识码：A

0 引言

在城市建筑工程建设中，运用深基坑能够提高建设的安全性。建筑工程的基坑开挖往往会对既有轨道交通区间的结构造成一定影响。因此，本文主要以某高层建筑工程的基坑开挖对合肥既有轨道交通三号线的区间结构影响进行分析，并提出相应的优化施工方案，为后续工程的施工提供安全建设依据。

1 工程概述

1.1 某高层建筑基坑工程概述

拟建基坑开挖深度约为4.4 m到6.3 m，基坑北侧紧邻已施工的轨道交通3号线盾构区间隧道，基坑围护桩外侧与阜阳路站到淮南路站区间右线隧道结构外壁水平距离约9.78 m，垂直距离约7.7 m。

1.2 地质概况

根据拟建项目详勘报告及轨道交通3号线区间勘察报告，拟建场地第四纪地貌型态属南淝河支流板桥河一级阶地地貌单元。勘察期间，拟建场地为已拆迁的民房荒地，现场堆填有大量的建筑垃圾。同样杂填土中埋藏有上层滞水型地下水，一般无稳定的自由水面，主要受大气降水和地表水渗入补给;粉质粘土夹粉土、粉质粘土和粉土、粉细砂夹粉质粘土中埋藏有层间型地下水，具有承压性，其水量较大，并与拟建场地旁的板桥河发生水利联系;强风化砂岩中埋藏有裂隙水，其水量较小[1]。

1.3 基坑支护

基坑北侧靠近区间隧道处采用双排桩支护型式，东侧南段采用土钉墙支护，其余采用悬臂桩+上部放坡支护型式。轨道交通影响范围内增设高压旋喷桩作为止水帷幕，旋喷桩底伸入中风化岩层，基坑内设置减压及疏干降水井，基坑开挖前将基坑内地下水面降至基坑底面以下500 mm，止水帷幕外保持水位不变。基坑北侧帷幕外及隧道外侧增设多组水位观测井，监测基坑外水位变化。同时在基坑降水期间，重点监测区间隧道沉降情况。基坑施工监测单位需加强与区间隧道施工监测单位信息沟通，如有异常，需立即停止施工，并报送业主及设计单位，待查明问题后方可后续施工。

2 既有轨道交通区间结构现状调查

既有区间采用盾构法施工，区间结构直径6 m，线间距12 m，区间埋深约13.4 m～14 m。根据现状调查资料，该段盾构区间内管片拼装良好，无裂缝及渗漏水情况发生。盾构管片出厂检测报告显示，该段区间左与右线盾构管片检测合格，满足设计要求，该段区间隧道施工监测数据整体稳定，处于安全可控范围内[2]。

3 数值计算模拟

为了较准确的反映基坑施工对轨道交通结构产生的附加变形影响，计算分析采用了二维有限元分析方法，考虑土体的非线性因素，模拟基坑支护体系与土体间的相互作用。根据隧道与基坑的位置关系，选取基坑最不利断面进行分析。根据圣维南原理，模型在縱向和横向应取基坑开挖深度的2～3倍。计算时的边界条件为：x轴方向采用x向约束，y轴方向采用y向约束，上表面为自由面，有限元模型如图1。

3.1 计算分析

根据计算结果，考虑既有变形，基坑施工各工况下邻近区间隧道结构的位移汇总如表所示：

由分析结果知，基坑开挖对区间隧道结构的最大附加水平位移约1.37 mm;受基坑开挖卸载的影响，邻近基坑侧区间隧道结构局部略有隆起，最大隆起量约2.49 mm，均满足5 mm控制值的要求，也满足《城市轨道交通结构安全保护技术规程》累计变形20 mm的要求。因此按既定支护设计方案，基坑开挖对区间隧道结构的影响在可控范围内。

4 结论与建议

建议一：基坑工程必须进行信息化施工控制。通过在工程施工期间对基坑围护体系和周围环境的变化情况进行监测，汇总各项监测信息，进行综合分析，有利于指导设计、施工，直接指导设计优化、合理调整施工举措，是保护周边环境、保证基坑工程顺利实施的关键。结合“时空效应”理论的信息反馈技术等方法进行有效控制，将变形控制在允许的程度，有效、准确、及时的施工监测是信息化施工的关键。

建议二：在基坑施工期间的基坑围护、开挖施工中，要保护基坑、管线和周围环境的安全，按基坑设计规模、施工方法、设计要求、基坑施工及监测规范对监测的要求，进行监测项目的设置。

建议三：在基坑开挖对既有轨道的区间结构的影响前提下，其应急方案需要施工单位在施工时加强监测，做好应急预案，必要时须采取注浆加固等措施。在开工前成立由各方参加的抢险小组，作好思想上、物质上及人力上的准备。施工过程中，如发现区间隧道结构变形过大，应立即停止施工。并告知各方协调查明问题。发现围护结构变形超过安全控制值时应立即停止挖土，考虑采取回填、坑内增设斜撑等措施，并会同业主、设计拿出可靠措施后再继续施工。同时在施工现场应配备沙袋、钢、木支撑等必要的抢险物资，以防意外，从而实现顺利建设施工。

综上所示，针对基坑开挖对既有轨道交通区间结构的影响中，需要建立二维有限元数据分析，通过对位移与内力的计算，确保建筑工程基坑开挖能够满足交通区间结构的受力范围。同样在建筑工程基坑开挖中，重视支护技术的创新与运用，对应急方案与施工要点的重视，从而将施工项目对既有轨道交通区间结构的影响降至最低，为建筑工程行业的健康发展提供保障。

参考文献：

[1]王雄，潘伟强，李明广，等.上跨基坑开挖对既有隧道变形的影响及其控制研究[J].四川建筑科学研究，2020，46（S1）：18-23.

[2]陈卫林，刘兴旺，陈东，等.复杂地层条件下邻近地铁超深基坑关键技术[J].四川建筑科学研究，2020，46（S1）：41-47.