基坑開挖對臨近地鐵隧道的影響分

廣東省冶金建筑設(shè)計研究院 賈世平

基坑開挖對臨近地鐵隧道的影響分

廣東省冶金建筑設(shè)計研究院 賈世平

本文針對地鐵旁某基坑開挖工程，采用有限元仿真模擬，選取典型剖面建模，并動態(tài)模擬基坑施工步驟，分析考察基坑開挖全過程對臨近地鐵隧道的影響。為該基坑開挖及地鐵保護提供可靠依據(jù)，對工程具有一定的實際價值。

基坑施工 動態(tài)模擬 地鐵 影響分析

一、工程概括

該基坑位于深圳市中心區(qū)，基坑開挖深度約為20.6m。采用800mm 地下連續(xù)墻作為基坑圍護；地下室采用逆筑法， 為了配合逆作法施工，預(yù)埋永久鋼柱作為支撐，永久樁基礎(chǔ)采用鉆孔樁并在樁內(nèi)預(yù)埋方鋼樁，方鋼樁內(nèi)澆筑混凝土?？拷罔F則只有一層地下室，采用800mm臨時鉆孔樁和直徑600mm高壓旋噴樁及兩層臨時剛支撐共同組合成基坑支護結(jié)構(gòu)。

該基坑鄰近地下鐵路保護范圍，基坑南側(cè)距地鐵最近約24m。地鐵隧道最大凈高9m，隧道頂埋設(shè)10m，隧道寬19m。

基坑施工要求不得影響地鐵正常運營安全，宜采用對地鐵安全運營影響最小的形式。同時，城市軌道安全保護要求：運營線路軌道豎向最大變形±4mm，兩軌橫向高差<4mm，城市軌道交通結(jié)構(gòu)絕對沉降量及水平位移≤20mm。

二、 影響分析過程

1. 模型說明

本次模擬選用選取了離地鐵隧道最近的典型剖面，該剖面也是基坑支護設(shè)計斷面，土體本構(gòu)模型采用摩爾庫侖模型。對地下連續(xù)墻、臨時鉆孔樁擋墻及止水帷幕采用平面應(yīng)變單元模擬，墻厚度均為800mm， 對一層地下室臨時H型鋼支撐、灌注樁及預(yù)留方柱采用梁單元模擬。臨時支撐、樁、柱的截面形狀和尺寸嚴格按照設(shè)計取值?；娱_挖深度為20.6m，模型邊界取左側(cè)邊外的60m左右，深度取約50m，如圖1所示。

2. 材料本構(gòu)模型及計算參數(shù)（見表1）

表1 材料計算參數(shù)表

隧道結(jié)構(gòu)線彈性25 3.0E7 0.25樓板線彈性25 3.0E7 0.25地連墻、鉆孔灌注樁、預(yù)留樁線彈性25 3.0E7 0.25臨時支撐線彈性76 3.1e+10 0.2

3. 有限元分析工況模擬

結(jié)合前述基坑開挖支護及施工方案，數(shù)值模擬中采用以下工況模擬計算：

（1）初始應(yīng)力：把原狀土激活，計算初始地應(yīng)力，位移清零；

（2）進行800mm地下連續(xù)墻 ， 臨時鉆孔樁擋土墻及止水深層攪伴樁，灌注樁樁基礎(chǔ)及預(yù)埋預(yù)留柱施工；

（3）進行首層開挖放坡并建造首層地下室樓板，上層結(jié)構(gòu)同時施工；

（4）待首層樓板強度達設(shè)計強度C30后，進行地下一層開挖，上層結(jié)構(gòu)同時施工；

（5）安裝臨時支撐，開挖至+6.4并建筑地下一層樓板及天然地基基礎(chǔ)；繼續(xù)逆筑法開挖至地下一層開挖樓板施工；

（6）建造整體地下一層樓板施工，拆除內(nèi)支撐，完成首層樓板施工繼續(xù)逆筑法，向下建造地下二層及上層結(jié)構(gòu)同時施工；

（7）開挖至地下三層并建造地下三層樓板待地下三層樓板強度達設(shè)計強度后，進行下一層開挖；

（8）開挖至地下四層并建造地下四層樓板及樁。

三、典型剖面開挖重點分析及結(jié)論

1、 變形分析

表2為不同工況下A、B、C點的水平位移和沉降數(shù)據(jù)，由表中可以看出7種工況下各點的水平位移和沉降均在地鐵隧道許可范圍內(nèi)，基本上滿足運營線路軌道豎向最大變形不超過±4mm以及隧道結(jié)構(gòu)絕對沉降量≤20mm的要求。

表2 不同工況下A、B、C點變形情況

注：表中數(shù)值為m。

以下圖2、圖3為工況8地鐵隧道底部AD線上沉降變化情況、地鐵隧道底部AD邊側(cè)向變形情況，由圖中可以看出不均勻豎向變形遠小于4mm。

2. 分析結(jié)論

由以上分析可知，計算滿足運營線路軌道豎向最大變形不超過±4mm以及隧道結(jié)構(gòu)絕對沉降量≤20mm的要求，基坑施工對地鐵影響很小在允許范圍內(nèi)。

四、 總結(jié)

（1）典型斷面基坑開挖各工況下，對地鐵隧道的影響較小，隧道結(jié)構(gòu)絕對沉降量最大為1.2mm，滿足運營線路軌道豎向最大變形在±4mm范圍內(nèi)和隧道結(jié)構(gòu)絕對沉降量≤20mm的要求；

（2）采用連續(xù)介質(zhì)有限元整體模型，真實模擬逆筑法施工的全過程，進行施工階段分析，基坑施工對最近深圳地鐵產(chǎn)生的差異沉降可滿足地鐵正常運營的控制要求，驗證了本工程基坑支護設(shè)計及逆筑法施工的可靠；

（3）通過連續(xù)介質(zhì)有限元整體模型對地鐵的附加變形分析，本工程基坑設(shè)計及施工能夠滿足地鐵運營對變形控制要求，可確保地鐵的安全和正常運營；

（4）由于采用平面問題假定，計算結(jié)果大于實際值，根據(jù)經(jīng)驗判斷，基坑開挖和支護產(chǎn)生的隧道結(jié)構(gòu)變形不會超過20mm，軌道變形不會超過±4mm的規(guī)定要求。

[1]深圳市地鐵有限公司城市軌道交通安全保護區(qū)施工管理辦法（暫行），深圳市地鐵有限公司，2007年4月

[2]北京邁達斯技術(shù)有限公司.MIDAS/GTS用戶手冊[R].北京：北京邁達斯技術(shù)有限公司

[3]中國建筑科學(xué)研究院.《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程JGJ 120-99》[L].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999

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