基坑開挖對鄰近地鐵結(jié)構(gòu)基礎的影響分析

周博

摘 要：隨著我國城市建設的不斷完善，城市隧道的建設對于我國城市基礎設施的完善起了重要的作用，基坑開挖關系到城市地鐵建設的穩(wěn)定性和安全性，加上城市中的隧道建設越來越多，城市地下的基坑開挖會影響到周圍地質(zhì)土壤的穩(wěn)定程度，并且導致坑周圍的底層發(fā)生移位的現(xiàn)象。由此可知，基坑開挖影響到鄰近地鐵的結(jié)構(gòu)和安全性，需要對影響的因素進行分析，并針對這些安全隱患提出相應的解決對策。

關鍵詞：基坑工程；鄰近地鐵；結(jié)構(gòu)基礎

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A

在地鐵建造的過程中需要建設很多的隧道，隧道的開挖會影響到地層的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，容易發(fā)生坍塌等事故，因此對于基坑的開挖需要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并且能夠支持本身需要的承載能力，在巖土工程建造的過程中也會對原有的隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。本文就介紹了基坑開挖相關概念，并分析了基坑開挖對鄰近地鐵影響的主要方式。并總結(jié)了分析基坑開挖影響因素的相關數(shù)據(jù)技術。

1.基坑開挖工程

1.1基坑變形理論

基坑在開挖的過程中會影響到基坑附近地層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承受能力，具體是由于基坑在開挖的過程中會降低開挖地面的承載能力，一旦開挖出的承載能力降低，附近地面的承載力就會加大，造成了附近承載力超負荷而發(fā)生變形的情況。附近的圍護墻隨著兩側(cè)承載力的加大而承受更大的壓力，在坑附近的土在不斷地向坑移動的過程中對圍護墻的壓力越來越大，導致圍護墻變形，周圍的壓力增加會擠壓坑底導致坑底發(fā)生凸起的狀況，并且基層開挖的導致的坑底的凸起以及防護墻的移動也促進了附近地層結(jié)構(gòu)的變化。當坑底開挖的深度大時，會造成更大的卸荷，卸荷是形成坑底凸起的主要原因，而凸起的形成是因圍護墻位置的上升，當圍護墻不斷上升，坑底的凸起不斷升高就會導致地面超負荷承載，坑底周圍的結(jié)構(gòu)會發(fā)生塑性變形，不過這種現(xiàn)象會隨著工程的停止而不再發(fā)生凸起的現(xiàn)象，塑性的變形在一定條件下還可以恢復原狀，但是一旦超出塑性變形，將會對周圍的結(jié)構(gòu)造成不可復原的毀滅。因此在開挖時就應該在出現(xiàn)塑性變形時就要采取一定的措施降低坑底的凸起以及圍護墻的變形。

1.2基坑工程

基坑是隧道建設的基礎，基坑的建設不僅涉及建設隧道本身的安全穩(wěn)定性，還會影響到周圍結(jié)構(gòu)的建設，特別是鄰近隧道、地鐵的穩(wěn)定性，因此要對基坑工程進行監(jiān)測，以保證基坑建設的穩(wěn)定性，基坑工程是在巖石工程的基礎上進行系統(tǒng)化的建設的一個過程，它的實施結(jié)合了（土力學、高等土力學、工程地質(zhì)學、結(jié)構(gòu)力學、工程環(huán)境及巖土工程施工等）各個學科進行綜合性的研究和設計。由于基坑工程設計時涉及的工程量大，考慮的因素較多，在進行實施監(jiān)測過程中十分的復雜?；庸こ滩粌H要考慮到實施現(xiàn)場土地的強度、穩(wěn)定性以及承受變形的能力，還要考慮到土地與施工材料結(jié)合在一起是否能夠共同支護，相互作用的關系都需要考慮。

為了解決這些難題，目前很多工程師都提出了相應的方案，目前在研究這些影響因素上主要研究方法有3種：根據(jù)實際的經(jīng)驗總結(jié)，通過模擬實驗進行研究以及通過理論進行分析。根據(jù)實際的經(jīng)驗進行總結(jié)的方法是一種很傳統(tǒng)很直觀的方法。這種就是根據(jù)已有的工程數(shù)據(jù)總結(jié)常見的各種影響因素，并分析這些影響因素與工程數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，以總結(jié)出相應的規(guī)律。而實驗研究的方法是目前科研機構(gòu)常用的方法，這個方法研究起來比較簡單，并且很容易根據(jù)需求進行修改，因為是試驗模擬，還可以重復大量地進行來總結(jié)相應的變化規(guī)律，以分析出各種影響因素對鄰近地鐵結(jié)構(gòu)影響的作用效果以及作用方式。理論分析的方法則是利用現(xiàn)代化的計算機技術對影響因素進行計算機數(shù)據(jù)模擬，通過模擬相關因素，并對相關因素進行優(yōu)化，以降低對周圍結(jié)構(gòu)的影響，這個研究的方法在數(shù)據(jù)計算上十分的精確，在未來基坑工程建設中的作用也越來越大。

2.影響地鐵隧道變形的具體因素

2.1基坑與隧道之間的水平距離

基坑對鄰近隧道的變形影響主要取決于基坑與隧道之間的位移關系，很多基坑工程的實例證明，基坑與隧道之間的水平距離越近，越容易引起周圍環(huán)境的變形，因此，在考慮基坑的位置時隨著基坑與周圍建筑物的水平距離越近，越容易導致周圍建筑物向基坑方向傾斜，并且隨著基坑開挖的深度逐漸增加，這種變形影響的程度就會越大。在進行基坑開挖的過程中要對基坑工程進行監(jiān)測，通過對附近建筑物以及隧道的傾斜角度有利于準確把握基坑與隧道之間的水平距離，保證鄰近隧道的變形以及基坑沉降的程度在可以控制的范圍。特別是針對距離基坑位置比較進行的隧道更應該加強對隧道地表沉降變形的監(jiān)控，并且做好相應的防護措施，盡可能地不要將基坑建設在地層變形主要影響區(qū)域，以防止隧道安全結(jié)構(gòu)遭到破壞。

2.2隧道與基坑之間的高差

基坑的深度越深對周圍建筑形成的沉降差越大，就會導致隧道土層結(jié)構(gòu)的變形程度加大，許多研究表明基坑的深度與建筑物的沉降成正比，不過對一些基礎掩埋時加入一些質(zhì)量較好的石碩可以提高土質(zhì)之間的牽引力，以減緩這種基坑的深度對周圍隧道變形的影響。但是基坑如果較淺對隧道產(chǎn)生的變形影響程度雖然小，但是產(chǎn)生的影響比較不均勻，也不利于鄰近隧道的穩(wěn)定性，同時基坑如果深度不夠，不僅不能夠滿足工程使用需求，并且還不利于其本身結(jié)構(gòu)安全性需求。因此，在實際的基坑實施過程中應該加強控制基坑的深度，要綜合考慮工程本身的需求以及鄰近隧道建設時基坑的深度進行合理的選擇。

3.優(yōu)化方案

3.1構(gòu)建計算模型

對于基坑對鄰近隧道地鐵變形的影響分析主要是利用現(xiàn)代化的計算機技術來確定基坑工程的設計方案，以降低基坑對周圍建筑物結(jié)構(gòu)的影響。其中連續(xù)介質(zhì)有限元法計算技術是構(gòu)建計算模型的主要方法，該技術結(jié)合了計算機相關的軟、硬件，以土力的巖石力學為理論基礎綜合基坑工程周圍的隧道建設環(huán)境來對基坑工程與周圍隧道之間的相互影響力進行一個分析并計算出解決的方案。隨著計算機技術的不斷改進，構(gòu)建計算模型的相應的軟硬件設備也不斷的改進。利用計算軟件模擬可以計算出不同支護裝置對附近建筑物結(jié)構(gòu)變形的規(guī)律，還可以分析在開挖過程中建筑物的沉降變化規(guī)律等，從而優(yōu)化選出最為合適的工程實施方案。

3.2構(gòu)建三維模型

構(gòu)建三維空間模型則是將三維立體結(jié)構(gòu)與計算機數(shù)據(jù)模擬結(jié)合在一起對基坑結(jié)構(gòu)建設進行分析，這種方法有利于提高計算結(jié)果的可靠性，并且經(jīng)過三維模型的不斷模擬重復性高，可分析研究的因素多，更適合與對鄰近隧道影響因素的分析，三維模擬分析在進行模擬時選擇了常規(guī)的土工試驗數(shù)據(jù)為參考依據(jù)，對基地的負載和沉降度進行不斷的模擬，對參數(shù)進行不斷的修正以提高模擬數(shù)據(jù)的精確度。目前模擬數(shù)據(jù)結(jié)果的精確度十分的高，對于分析基坑對鄰近地鐵變形因素十分的方便、高效。

結(jié)語

綜上所述，城市的不斷發(fā)展對于地鐵建設的需求越來越多，基坑開挖是保證地鐵安全性的重要保障，基坑開挖的深度和水平位置不僅影響著基坑本身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還會影響到鄰近隧道的安全性，基坑的開挖總是容易導致附近土體結(jié)構(gòu)的變形，對于附近的建筑物的安全性造成一定的影響。在對開挖過程中對附近土體變形的影響分析主要采用了計算數(shù)值模擬以及三維模型建立。通過模型的建立來優(yōu)化基坑開挖方案，以降低對周圍地鐵隧道建設的影響。

參考文獻

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[2]韓映忠，鄧繼鍵，唐仁.基坑開挖對鄰近地鐵隧道變形的影響分析[J].廣州大學學報（自然科學版），2014（5）：61-66.