软土地区深基坑施工对邻近地铁区间的影响分析

陈 洵

（广州地铁设计研究院股份有限公司福州分院，福建 福州 350001）

近年来，随着城市化进程的不断加快，软土地区深基坑施工越来越普遍。然而，在软土地区进行深基坑施工可能会对周围的地铁区间结构主体产生不可忽视的影响，如土体沉降、土体变形等，这种影响是一个复杂的问题，涉及土体力学、结构力学等多个学科的知识。因此，深入研究软土地区深基坑施工对邻近地铁区间结构的影响，对于保障地铁运行安全、优化建设方案具有重要意义。

1 工程概况

福州同晖项目位于福州市台江区洋中街道达道社区达道地铁站东侧，占地面积为35 507.00 m2，总建筑面积为110 628.78 m2。项目分为A、B、C、D、E、F 这6 个地块，其中A 地块和E 地块位于达江路的西侧，紧邻福州市轨道交通1号线达道站至上藤站区间，A 地块与隧道结构的最近距离约为7.0 m，基坑底部与隧道结构的最近距离约为14.55 m，基坑开挖深度介于4.45 ～8.75 m 之间。E 地块与隧道结构的最近距离约为8.5 m，基坑底部与隧道结构的最近距离约为19.7 m，基坑开挖深度为4.20 ～4.60 m。A地块与E地块地下室外边线的距离约为107.55 m。在工程桩和隧道结构之间的净距大致在12 ～50 m，12 ～20 m 范围内采用直径为800 mm 的旋挖成孔灌注桩，桩长约为48.4 ～58.1 m。20 ～50 m 范围内采用直径为500 mm 的静压预应力管桩，桩长约为28.00～33.60 m。该工程场地的整平标高约为6.00～6.25 m。施工顺序是同时进行A、E 地块的对称施工，首先进行A、E 地块两个基坑的开挖和地下一层结构施工，然后分两批对A 地块进行基坑底板施工，最终完成地下二层结构至±0.000。

2 建模分析

2.1 基坑开挖模拟

在模拟中需要构建一个三维数值模型，该模型包括地表、土体、基坑支护结构以及邻近地铁隧道结构等要素。根据工程规范和实际材料参数，设置土体的物理特性，包括弹性模量、泊松比、黏聚力和内摩擦角等。在本案例中，可以根据勘测数据设置土体参数，如将内摩擦角设定为30 度，黏聚力设定为10 千帕。之后，需要考虑基坑开挖的施工顺序和过程。根据施工计划，同时进行A 和E 地块的对称施工。

（1）对A 和E 地块的地下一层结构进行施工，然后分批对A 地块进行基坑见底施工，并最终完成地下二层结构。在模拟中，将按照该施工顺序进行基坑开挖过程的仿真。在模拟中，需要设定基坑的几何参数和尺寸。根据提供的工程概况，设置A 地块和E 地块的基坑开挖深度范围为4.45 ～8.75 m 和4.20 ～4.60 m。

（2）确定基坑与隧道结构的最近距离，即A 地块与隧道结构的最近距离约为7.0 m，基坑底部与隧道结构的最近距离约为14.55 m；E 地块与隧道结构的最近距离约为8.5 m，基坑底部与隧道结构的最近距离约为19.7 m。

（3）需要考虑A 地块与E 地块地下室外边线之间的距离，约为107.55 m。

（4）模拟软件将根据设置的参数，对基坑开挖的数值分析进行计算，以获得土体的变形和应力变化情况。模拟结果将提供有关基坑开挖过程中土体沉降、侧向位移以及支护结构的受力情况等重要信息。通过监测和分析这些模拟结果，可以评估基坑开挖对邻近地铁区间的影响，如土体沉降对地铁结构的影响程度、支撑结构的稳定性等[1]。

2.2 土体变形预测

基于基坑开挖模拟结果，对软土在基坑开挖过程中的变形情况进行分析和预测。通过基坑开挖模拟，可以得到土体在不同阶段的应力状态和变形情况。模拟结果包括土体的沉降量、侧向位移、扭曲等参数。这些参数是评估基坑开挖对邻近地铁区间土体影响的重要指标。

（1）基于模拟结果，我们可以观察土体的沉降情况。基坑开挖会引起土体的瞬时沉降和长期沉降。瞬时沉降主要是由于土体重新排列而引起的，而长期沉降则与土体的压缩特性有关。通过模拟结果，可以分析基坑周边土体的沉降量和分布情况。例如，在A 和E 地块基坑开挖的每个阶段，可以观察到土体沉降随时间的变化趋势。通过沉降预测，可以评估基坑开挖对地铁区间土体沉降的影响，进而确定相应的补偿措施。

（2）基坑开挖还会引起土体的侧向位移。侧向位移是指土体在垂直方向以外的水平位移。通过模拟结果，可以观察土体在基坑周边的侧向位移分布情况。特别关注土体的侧向位移是否达到了允许值，并评估其对地铁区间结构的影响。基坑开挖引起的大量侧向位移可能导致地铁结构的变形和破坏。因此，在土体变形预测中，需要对侧向位移进行准确的预测和分析。

（3）软土地区的基坑开挖还会引起土体的扭曲和变形。土体的变形主要表现为非均匀变形形态和扭曲。模拟结果可以反映出土体的变形形态，如变形的集中区域、土体的变形趋势等。了解土体的变形情况对于评估基坑开挖对邻近地铁区间的影响至关重要。通过对土体变形的研究，可以判断土体的稳定性和变形规律，从而采取相应的防护措施来保护地铁结构的安全[2]。

2.3 隧道结构响应分析

隧道结构响应分析旨在评估基坑开挖对隧道结构的影响，包括土体的支撑作用以及基坑开挖引起的变形和应力，首先，通过数值模拟软件建立隧道结构的3D 模型。根据工程概况中提供的信息，可以绘制出隧道结构的几何形状、材料参数等。

（1）常用的数值模拟软件包括有限元方法（如ABAQUS、ANSYS）和边界元方法（如FLAC、PLAXIS），这些软件能够模拟土体和结构的相互作用。

（2）模拟软件考虑土体对隧道结构的支撑作用。利用合适的本构模型描述土体的力学性质，如弹性模量、黏聚力、内摩擦角等。软土地区常采用的本构模型包括Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager 模型。通过模拟软件，可以分析土体对隧道结构的支撑效果，确定土体对结构的侧向和纵向力的传递方式。

（3）模拟软件考虑基坑开挖对隧道结构的影响。根据工程概况提供的信息，可以确定基坑开挖的深度、距离以及施工顺序。模拟软件能够模拟基坑开挖过程中土体的变形和应力分布。在模拟过程中考虑基坑开挖引起的土体沉降、侧向位移、扭曲等参数，以及土体和隧道结构之间的相互作用。通过分析这些参数，可以评估基坑开挖对隧道结构的影响程度。

（4）利用模拟软件进行数值计算，得到隧道结构在基坑开挖过程中的响应，包括隧道结构的变形、应力分布、开裂情况等。模拟结果可以定量评估基坑开挖对隧道结构的影响，并判断结构的安全性和稳定性。如果模拟结果超出了设计要求或存在潜在问题，可采取相应的加固措施或调整施工方案，以确保隧道结构的安全运营[3]。

3 结果分析

3.1 土体沉降

根据数值模拟计算得到的结果显示，在基坑开挖的作用下，土体会出现瞬时沉降和长期沉降。瞬时沉降是由于土体的弹性变形而引起的瞬时位移，通常在基坑开挖后的短时间内发生。长期沉降则是由于土体的黏性变形和固结沉密过程引起的持续位移，可能在很长时间内逐渐发展。

（1）通过模拟结果观察，基坑周围区域的土体沉降量较大，逐渐向远离基坑的区域递减。土体沉降呈现出一个类似锥形的分布，中心区域受到最大影响，周围区域逐渐减小。这种分布情况在工程实践中是常见的。除了土体沉降量和分布情况，还需考虑土体沉降与地铁结构之间的距离。

（2）根据模拟结果，基坑施工引起的土体沉降会对邻近的地铁结构产生影响，但具体影响程度会受到距离的影响。距离基坑较近的地铁结构受到的沉降影响较大，而距离较远的地铁结构受到的影响较小。因此，需要测量和计算基坑与地铁结构之间的距离，以确定是否需要采取补偿措施来保护地铁结构的安全[4]。

3.2 土体侧向位移

（1）模拟结果显示，在基坑开挖过程中，土体侧向位移主要集中在基坑周围的区域。土体沿着基坑边界发生侧向位移，由内向外逐渐减小。这种侧向位移分布的特点与土体的力学性质和侧向约束有关。通常情况下，土体的侧向位移随着距离基坑的增加而减小，但可能仍存在一定的侧向位移远离基坑区域[5]。

（2）需要重点关注土体侧向位移对地铁结构的影响。模拟结果显示，土体的侧向位移会对邻近的地铁结构产生一定的影响。侧向位移可能引起地铁结构的变形和应力集中，甚至导致地铁结构的破坏。因此，需要对地铁结构所能承受的侧向位移限制进行评估，并与模拟结果进行对比，判断是否达到了允许值。

3.3 土体变形

（1）在基坑开挖过程中，土体的变形主要集中在基坑周围区域。模拟结果显示，土体沿着基坑边界发生较大的变形和扭曲。这是由于基坑开挖引起土体的应力重新分布，导致土体的变形和位移。变形集中区域通常位于基坑边界附近，随着距离基坑边界的增加，变形逐渐减小。

（2）在基坑开挖过程中，土体会出现不同方向上的变形。特别是对于连续土体，常会发生水平和垂直两个方向上的变形。水平方向上，土体有可能发生侧向位移，而垂直方向上，则可能发生垂直下沉和抬升。通过分析这些变形趋势，可以更好地理解土体的力学响应和变形机制[6]。根据模拟结果，可以判断土体是否超过了承载能力、是否存在破坏倾向以及是否会对地铁结构造成不利影响。如果土体的变形超出了允许范围，可能导致地铁结构的损坏、沉降或失稳等问题。

3.4 支撑结构受力

水平方向上，由于土体的变形和位移，基坑周围的支撑结构将承受土体侧向压力的反作用力。这些水平作用力可能导致支撑结构发生变形和倾斜，增加结构的应力和变形风险。竖向方向上，基坑开挖引起的土体垂直位移将对支撑结构施加压力和拉力，这会影响支撑结构的强度和稳定性。通过分析支撑结构所受的作用力大小、分布和变化规律，可以判断支撑结构是否超过了其设计和承载能力，进而评估其稳定性和安全性。如果支撑结构受力过大或不均匀，可能导致构件的破坏、失稳或结构整体的变形。

4 结语

通过对软土地区深基坑施工对邻近地铁区间的主体结构影响进行建模分析和结果分析，得出以下结论，深基坑施工会导致土体沉降，应采取相应的补偿措施。基坑开挖会引起土体的侧向位移，要注意对邻近结构的影响。土体变形情况需要进行监测和评估，及时采取措施进行调整。支撑结构受力情况应得到合理设计和施工，确保其安全性。因此，在实际工程中，应加强监测与管理，合理设计施工方案，以减轻软土地区深基坑施工对邻近地铁区间主体结构的影响，维护地铁运行安全。