邻域基坑开挖卸荷对既有隧道位移影响规律研究

2021-06-27郭海峰

四川水泥 2021年6期

郭海峰

（中铁十六局集团有限公司，北京 100018）

1 工程实例统计

随着城市轨道网络化的深入发展，在地铁隧道周围进行基坑开挖已成常态。针对基坑开挖引起邻近隧道变形问题已有很多研究，主要采用模型试验[1]、数值模拟[2,3]和现场实测[4,5]等方法，但大多针对单一工程进行分析，鲜有大量工程的对比分析研究。因此，本文通过对40 个工程实测数据的整理统计（如表1 所示，其中有2 项属同一隧道的不同线路），分析基坑开挖面积、开挖深度、隧道与基坑水平净距和竖向净距4 个因素对于基坑开挖卸荷引起隧道位移的影响规律。

表2-1 隧道侧方邻域基坑工程实例

注：①竖向净距为“隧道拱顶埋深-基坑底部埋深”，所以负值表示隧道拱顶在基坑底部以上位置；②水平位移正值表示隧道向基坑方向移动；③竖向位移正值表示隧道隆起，负值表示隧道沉降。

2 不同基坑开挖卸荷因素对既有隧道位移影响规律分析

2.1 基坑开挖面积对隧道位移的影响

根据表1，隧道水平位移xd 的数据主要集中在基坑开挖面积A＜20000 m2，xd＜6 mm 内；隧道竖向位移zd 的数据主要集中在基坑开挖面积A＜20000 m2，-7 mm≤zd＜3 mm 内。数据离散型比较高，没有明显规律。主要有几个原因：①不同工程限值要求不同，进而导致隧道保护措施不同，保护程度也不同，所以即使开挖面积相同，甚至更大，但是因为隧道更为敏感而加大保护力度，水平位移也就小了；②其他因素的综合影响，如隧道与基坑净距、土体条件等。

2.2 隧道与基坑水平净距对隧道位移的影响

根据表1，隧道水平位移的数据主要集中在L（隧道与基坑水平净距）＜16m，xd＜7.5 mm 内。分析相同隧道与基坑水平净距条件下隧道的最大水平位移，则可知隧道水平位移随着隧道与基坑水平净距的增加而减小。

隧道竖向位移的数据主要集中在L＜16 m，-9 mm≤zd≤3 mm 内。分析相同隧道与基坑水平净距条件下隧道的最大竖向位移，则可知隧道竖向位移的绝对值随着隧道与基坑水平净距的增加而减小；但是，隧道竖向位移的正负号变化离散度比较高，没有明显规律。

2.3 隧道与基坑竖向净距对隧道位移的影响

根据表1，隧道水平位移的数据主要集中在-7.5 m≤h（隧道与基坑竖向净距）≤5 m，xd＜7.5 mm 内。分析相同隧道与基坑水平净距条件下隧道的最大水平位移，则可知隧道水平位移随着隧道与基坑竖向净距绝对值的增加而减小。

隧道竖向位移的数据主要集中在-7.5 m≤h≤6 m，-8 mm≤zd＜2 mm 内。数值上，没有明显规律。方向上，当隧道与基坑竖向净距h＞3 m 后，隧道竖向位移大多为正值，即隆起；当h＜-7 m 后，隧道竖向位移大多为负值，即沉降；当-7 m＜h＜3 m 时，隧道竖向位移比较离散，没有明显规律。主要原因是：当h＞3 m 时，隧道整体均在基坑底部以下，并且有一定距离，此时隧道会因为基坑开挖的卸荷作用而隆起；当h＜-7 m 时，大多隧道（直径≤6 m）整体均在基坑底部以上，此时由于基坑开挖的卸荷作用，基坑支护结构会向基坑内变形，隧道会随着其后土体向基坑内移动，进而产生沉降；当-7 m＜h＜3 m 时，隧道受到复杂的应力场和位移场影响，竖向位移没有明显规律。

2.4 基坑开挖深度对隧道位移的影响

对于每个具体工程，随着基坑的开挖，均是对“基坑开挖深度对隧道变形影响”的分析，同时因为其他因素变化小，能相对更准确体现基坑开挖深度的影响。例如，招商银行深圳市分行基坑开挖项目[3]，基坑开挖深度为20.75 m，地铁隧道拱顶埋深约18.63 m，基坑支护结构边缘距离隧道约6.66 m。随着基坑开挖深度的增加，实质上是卸荷量增加和卸荷位置加深，邻域隧道的水平位移会逐渐增加；但是基坑开挖深度增加的时候，隧道与基坑底部的竖向净距在不断变化，根据前文分析，隧道的竖向位移变化比较复杂。