基坑施工对邻近运营地铁隧道的影响分析

朱永伟

(陕西铁路工程职业技术学院,陕西 渭南 714099)

0 前 言

随着城市基础设施和地铁项目融合建设发展的规模日益扩大，大量新建建筑群在地铁沿线开工建设，其基坑工程不可避免的接近或侵入地铁隧道保护红线内，基坑开挖施工势必会对基坑周围土体产生一定程度的扰动，从而对地铁隧道结构的稳定性产生不利的影响，一定程度上危及既有地铁隧道的运营安全。因此，为确保既有地铁隧道的安全运营，在基坑施工前，必须针对基坑施工对运营地铁隧道所造成的不利影响进行科学的分析评价。

本文以邻近广东省深圳市地铁5号线隧道的某建筑群基坑开挖施工为例，通过三维数值模拟手段，分析基坑开挖对地铁隧道水平位移、垂直位移、横向收敛变形、竖向收敛变形产生影响进行模型分析，对照地铁保护标准和分析结果预测了基坑开挖施工对运营地铁隧道变形造成的不利影响，为制定地铁隧道保护措施提供依据，最大限度地降低基坑施工对运营地铁隧道造成的影响。

1 工程特点

该建筑群区段地铁隧道的埋入最小深为13.6 m，大于两倍地铁隧道直径，基坑开挖的深度为9.6 m。由于基坑边线距地铁隧道较近(最小净距小于9 m)，基坑开挖时的支护方式主要采用桩径为1.2 m的双排灌注桩，其中在前排灌注桩间设计采用素混凝土咬合桩(桩径同为1.2 m)。

由于该基坑邻近地铁隧道，而地铁隧道为运营隧道，在基坑施工期不允许中断运营。因此，施工过程中对地铁隧道的变形影响控制是基坑开挖施工的重点和难点。为了预测基坑开挖施工对地铁隧道结构产生的不利影响，以预先做好防护预案，利用有限元模型对该基坑开挖施工进行了数值模拟，以便指导施工。

2 分析模型

2.1 计算模型

该建筑群基坑深度9.6 m，地铁隧道顶部埋深13.6 m，地铁隧道(左线)外线边至基坑边线的最小距离为9 m，左右线地铁隧道的中心距离12 m。

基坑分三步开挖：第一步开挖厚度为2 m；第二步开挖厚度为3.8 m；第三步开挖厚度为3.8 m。

根据相关资料，该地铁隧道区间采用矿山法施工，小导管辅助支护。基坑开挖支护结构采用支护桩结构，桩间予以咬合连接，为了便于分析计算，在建立模型时将咬合桩简化成为桩墙结构。依据桩墙和桩两者之间的换算关系，地铁隧道一侧的前、后排桩在简化为桩墙的厚度分别为1.052 m和0.814 m。地铁隧道对面的前(桩间设置单管旋喷咬合桩)、后排桩在简化为桩墙的厚度分别为0.723 m和0.596 m。图1为生成初始地应力的有限元模型。

图1 初始地应力有限元模型

2.2 基坑开挖施工对地铁隧道的影响

有限元计算分五步进行，分为生成地铁隧道、第一步开挖、第二步开挖、第三步开挖，在完成地铁隧道生成后将计算结果归零。

分析表明，在基坑开挖施工时，支护桩侧向变形发生朝基坑方向；在基坑开挖完成后，地铁隧道发生的位移同样朝向基坑方向，同时还有一定的上浮现象发生。根据表1基坑开挖施工前排桩的水平位移数值分析，支护桩在第一步开开挖时产生的水平位移很小，支护桩在第二、三步开挖时产生的水平位移有所增大。同时由于支护桩埋深超出基坑底部和支护桩发生的嵌固作用，在支护桩的底部发生了与上部相反的水平位移。

表1 基坑开挖过程中前排支护桩的水平位移

表2为基坑开挖施工中左线地铁隧道的位移和变形数据分析，由于基坑开挖致使地铁隧道朝基坑方向发生了位移(最大水平位移为-2.23 mm)；地铁隧道向上也发生位移(最大垂直位移为2.37 mm)；同时地铁隧道还发生了横鸭蛋变形(最大横、竖向收敛变形分别为0.93 mm和-0.99 mm)。根据数据分析，在基坑的第2、3步开挖过程中引起的隧道的位移与变形较大，由于第三步开挖的土体距地铁隧道最近，因此，对左线地铁隧道产生较大的影响主要发生在第三步开挖过程中，致使对地铁隧道产生了较大的影响。

表2 基坑开挖过程中左线隧道的位移与变形 单位：mm

3 结 论

基坑开挖对地铁隧道的影响分析结果表明，左线地铁隧道的最大水平、垂直位移分别为-2.30 mm和2.37 mm，最大横向、竖向向收敛变形分别为0.93 mm和0.99 mm，左线地铁隧道由于基坑开挖施工的影响，产生了向上的竖向位移和朝基坑方向的水平位移，并且发生横鸭蛋收敛变形；右线地铁隧道收到基坑开挖施工的影响均在0.01 mm以内。

综合分析，既有运营地铁隧道受到建筑基坑开挖的施工影响很小，位移及变形数值均未超出地铁保护标准范围(5 mm)。因此，为了最大限度消除地铁隧道受到基坑施工的不利影响，在施工过程中，强化施工动态监测，同时根据监测数据预先针对性的采取安全有效的保护措施，从而确保位移、收敛变形都控制在地铁保护范围内(5 mm)，消除基坑施工对地铁隧道造成的安全隐患，保障施工的顺利进行。

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