鄰近既有地鐵隧道的深基坑工程設(shè)計(jì)

□文/商敏

鄰近既有地鐵隧道的深基坑工程設(shè)計(jì)

□文/商敏

以某鄰近地鐵隧道深基坑工程設(shè)計(jì)為例，結(jié)合工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境條件，選用合適的基坑支護(hù)形式及止水措施，運(yùn)用有限元方法分析了深基坑開挖對(duì)鄰近隧道的影響，介紹了鄰近既有隧道的深基坑設(shè)計(jì)方法和保護(hù)措施。

深基坑；既有地鐵；隧道

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，地下工程越來(lái)越多，基坑距離越來(lái)越近，如何減少基坑工程對(duì)周邊環(huán)境的影響，保證施工期間既有軌道交通線路的正常運(yùn)營(yíng)，成為此類基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

本文以天津軌道交通某鄰近既有隧道深基坑工程為例，介紹了基坑設(shè)計(jì)方案，采用數(shù)值計(jì)算分析基坑開挖對(duì)既有隧道的影響。

1　工程概況

項(xiàng)目為一長(zhǎng)條形基坑，覆土厚約12 m，基坑凈長(zhǎng)約70 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約為24 m，加深段基坑深度約為26.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬9.8 m，基坑一側(cè)與已建的既有隧道凈距僅為5.3 m。主體結(jié)構(gòu)采用地下兩層單跨拱頂結(jié)構(gòu)，采用明挖順筑法施工。

2　工程地質(zhì)

場(chǎng)地埋深70.00 m深度范圍內(nèi)，地基土按成因年代可分為10層，按力學(xué)性質(zhì)可進(jìn)一步劃分為14個(gè)亞層。各層土的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表1。

表1　土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

3　基坑方案

3.1基坑保護(hù)等級(jí)

基坑開挖深度標(biāo)準(zhǔn)段為24.7 m，加深段為26 m，既有隧道位于1倍開挖深度內(nèi)，故基坑安全等級(jí)確定為一級(jí)，地面最大沉降量≤0.1%H且≤30 mm，圍護(hù)墻最大水平位移≤0.14%H且≤30 mm。

既有鄰近隧道水平及豎向變形控制值為10 mm，收斂變形≤10 mm。根據(jù)三維空間計(jì)算，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤17 mm時(shí)右線隧道變形滿足10 mm以內(nèi)。

3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1支撐體系

標(biāo)準(zhǔn)段沿基坑深度方向共設(shè)4道鋼筋混凝土支撐+1道鋼支撐，其中第一道為800 mm×900 mm鋼筋混凝土撐，第二道為900 mm×900 mm鋼筋混凝土撐，第三、四道為1 100 mm×1 100 mm鋼筋混凝土撐，第五道為φ800 mm鋼支撐，頂圈梁為1 000 mm×1 200 mm。

加深段沿基坑深度方向共設(shè)4道鋼筋混凝土支撐+2道鋼支撐及1道換撐，其中第一道為800 mm×900 mm鋼筋混凝土撐，第二道為900 mm×900 mm鋼筋混凝土撐，第三、四道為1 100 mm×1 100 mm鋼筋混凝土撐，第五、六道及換撐為φ800 mm鋼支撐，頂圈梁為1 000 mm×1 200 mm。

標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)橫剖面見圖1。

3.2.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 200 mm厚地下連續(xù)墻，墻長(zhǎng)44.5 m，墻趾插入層粉質(zhì)粘土中約3.3 m（隔斷層承壓水，有效控制因抽水引起地面沉降及周邊環(huán)境變形的施工風(fēng)險(xiǎn)），插入比為0.80。

圖1　圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面

加深段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 200 mm厚地下連續(xù)墻，墻長(zhǎng)46.5 m，墻趾插入層粉質(zhì)粘土中約5.2 m（隔斷2層層承壓水），插入比為0.79。

3.2.3止水措施

鄰近隧道側(cè)采用800 mm厚TRD水泥土墻作為止水帷幕兼槽壁加固，其施工適應(yīng)性強(qiáng)，墻體在保證強(qiáng)度的同時(shí)具有防滲功能，可提高基坑止水帷幕工程的施工質(zhì)量與進(jìn)度，減小地墻成槽期間土體變形；基坑另一側(cè)地墻接縫處采用直徑2 m的RJP旋噴樁止水，加強(qiáng)基坑圍護(hù)接縫止水能力，避免滲漏水引起周邊土體變形。

3.2.4基坑開挖鄰近盾構(gòu)隧道風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

1）基坑施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制基坑開挖過程中基坑變形（包括支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、坑底隆起和周邊地層變形）。

2）為保證降水效果和控制降水對(duì)右線隧道的影響，施工前應(yīng)進(jìn)行抽水試驗(yàn)，合理布置降水井。

3）施工單位應(yīng)根據(jù)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)提出專門的應(yīng)急預(yù)案，一旦發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，能夠立即采取搶險(xiǎn)措施，控制險(xiǎn)情的進(jìn)一步發(fā)展。

4）要加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，做到信息化施工。應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格控制地面沉降量和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移。

4　圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析采取沿結(jié)構(gòu)縱向取單位長(zhǎng)度按彈性地基梁計(jì)算。圍護(hù)結(jié)構(gòu)開挖階段計(jì)算時(shí)須計(jì)入結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形，后支撐”的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。地下連續(xù)墻圍護(hù)計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2　圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

地墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形為18.7 mm≤0.14%H=33.5 mm且≤30 mm，滿足一級(jí)基坑的環(huán)境保護(hù)要求且滿足鄰近隧道變形要求。

5　基坑開挖對(duì)既有隧道影響分析

為較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)基坑開挖引起周邊環(huán)境的附加變形，采用FLAC3D有限差分計(jì)算分析軟件模擬基坑開挖期間對(duì)鄰近右線隧道的影響。

5.1模型建立

取模型縱向120 m，深度65 m，寬度120 m；模型的底面豎向約束，左右面x方向約束，前后面z方向約束；土體采用摩爾-庫(kù)倫彈塑性本構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算；地下連續(xù)墻采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬；模型共有66 120個(gè)單元和72 540個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過模擬基坑分層開挖至坑底、結(jié)構(gòu)回筑工況，分析深基坑施工對(duì)鄰近隧道的影響，有限元分析的計(jì)算模型見圖3。

圖3　有限元計(jì)算模型

5.2計(jì)算結(jié)果

有限元分析的計(jì)算結(jié)果見圖4和圖5。

圖4　圍護(hù)墻體水平位移

圖5　右側(cè)隧道水平位移

有限元計(jì)算結(jié)果表明：基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移最大為16.2 mm，鄰近隧道最大水平位移為9.2 mm。

根據(jù)上述理論計(jì)算結(jié)果并結(jié)合已有的工程經(jīng)驗(yàn)，本方案能保證基坑開挖對(duì)鄰近隧道的影響在可控制的范圍之內(nèi)。

6　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)目前基坑開挖的監(jiān)測(cè)資料，圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻身最大水平位移為10.31 mm，右側(cè)隧道水平位移為7.8 mm，支撐軸力、地下水位變化、區(qū)間隧道的變形量均處于有效控制范圍內(nèi)。從基坑現(xiàn)場(chǎng)施工情況來(lái)看，本工程基坑設(shè)計(jì)方案安全可行，為今后鄰近地鐵隧道的深基坑工程提供一些有益的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

［1］劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］.2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2009

［2］范益群，孫巍，劉國(guó)彬，等.軟土深基坑考慮時(shí)空效應(yīng)的空間計(jì)算分析［J］.地下工程與隧道，1999，（2）：2-8.

TU753

C

1008-3197（2016）04-78-031

2016-05-06

商敏/女，1985年出生，碩士，上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，從事地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.031