關(guān)于基坑工程對鄰近地鐵隧道影響的分析及處理方法研究

王瑤

摘 要：地鐵在城市交通中所起到的作用是十分顯著的，而就地鐵隧道工程施工而言，基坑開挖對其造成的影響是相對較大的。若想使得這種影響能夠降至最低，就必要對施工的各個方面展開深入的探析，能夠?qū)娱_挖對鄰近地鐵隧道所產(chǎn)生的具體影響有清晰的認(rèn)知，采取針對性的措施對其問題進(jìn)行解決，進(jìn)而在提高基坑工程建設(shè)有效性的基礎(chǔ)上，最大限度地不影響鄰近地鐵隧道工程，實現(xiàn)二者的協(xié)調(diào)發(fā)展。本文將從力學(xué)原理出發(fā)，對基坑開挖對鄰近地鐵隧道所造成的影響予以深入的探析，并對設(shè)計、施工予以詳細(xì)的闡述，以期能夠使得基坑開挖所帶來的影響切實降低。

關(guān)鍵詞：基坑工程 地鐵隧道 控制措施

中圖分類號：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0026-02

1 計算分析方法

1.1 分析方法比較

連續(xù)介質(zhì)有限元法的應(yīng)用是較為普遍的，在使用此種方法之時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鄰近建筑以及周邊土體均是分析的主要對象，開挖之時的荷載來源主要是以開挖面上的土地應(yīng)力釋放作為標(biāo)準(zhǔn)。若想使得分析試驗?zāi)軌蚋拥暮啽悖话愕淖龇ň褪前褔o(hù)結(jié)構(gòu)中的幾個典型剖面當(dāng)作平面應(yīng)變問題來進(jìn)行計算。當(dāng)然，計算的動態(tài)性特征太為明顯。因為基坑施工是持續(xù)進(jìn)行的，而且工程在施工空間上還呈現(xiàn)出動態(tài)特點。為了使基坑工程周邊環(huán)境應(yīng)力的計算結(jié)果更為精準(zhǔn)，三維連續(xù)介質(zhì)有限元法的應(yīng)用成為焦點。

此種方法可以將施工的狀況模擬出來，使得基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠完整展現(xiàn)出來；而在對基坑鄰近地鐵隧道進(jìn)行空間分析之時，三維計算模型則可將隧道空間分布曲線呈現(xiàn)在大家的眼前，這就使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工更具實效性；另外來說，在對工況進(jìn)行計算之時，其能夠使得工況的展現(xiàn)更為精細(xì)。

1.2 修正劍橋模型

在當(dāng)前時期，展開土工計算的過程中，土體結(jié)構(gòu)模型有兩類，首先是非線性彈性模型，其次是彈塑性模型。在對軟土地基變形進(jìn)行計算之時，修正劍橋模型是較為適宜的。

在修正劍橋模型之中，最為關(guān)鍵的參數(shù)主要是3個，即p-q平面上破壞線斜率M、壓縮指數(shù)λ以及回彈指數(shù)κ。在這三個參數(shù)當(dāng)中，通過三軸壓縮實驗就可得到M，一般來說，M可為6sinφ/（3-sinφ）。而通過壓縮回彈試驗，則可得到λ以及κ，這兩個參數(shù)屬于等應(yīng)力比的正常壓縮曲線和回彈曲線在e-lnp平面中呈現(xiàn)出的斜率。因為壓縮指數(shù)Cc、膨脹指數(shù)Cs屬于正常壓縮曲線和回彈曲線在e-lnp平面上的斜率，所以說，它們之間是有著緊密的關(guān)聯(lián)性的，見圖1、圖2。

2 總體設(shè)計方案

該工程周邊多商業(yè)街分布，基坑開挖面積近44365m2，在開挖深度方面，基坑?xùn)|側(cè)深度達(dá)6～6.7m，其它側(cè)深度達(dá)6.2～8m。對工況圖進(jìn)行分析可知，工程周圍有著較多的多層建筑，地下也有非常多的管線。另外來說，工程東側(cè)還有地鐵線路，呈南北方向，北延伸段區(qū)間隧道的頂部埋深為11.8m，圍護(hù)體和隧道之間的最小凈距5.45m。地鐵隧道的緊鄰情況增大了該基坑工程的施工難度，隧道的變形監(jiān)測以及沉降問題尤為棘手。

在對方案進(jìn)行設(shè)計之時，要對基坑的面積，開挖的深度，還有工程所具有的經(jīng)濟(jì)性予以整體性考慮。本工程圍護(hù)設(shè)計采用重力壩、排樁結(jié)合坑內(nèi)混凝土支撐等?；由疃葹?.2～7m處，采用重力壩支護(hù)，西南一側(cè)在環(huán)保方面的要求不是很高，采用重力壩支護(hù)。東側(cè)靠近地鐵隧道，采用排樁結(jié)合一道混凝土支撐方式。北側(cè)以及西北側(cè)的基坑深度為7～8m，支護(hù)采用排樁結(jié)合鋼斜撐的方式。東側(cè)臨近地鐵一號線，圍護(hù)及支撐設(shè)計需保證基坑施工期間地鐵隧道能夠保持常態(tài)化的運營，而且安全性不會降低。

以時空效應(yīng)原理為出發(fā)點進(jìn)行設(shè)計，其工況為：將土方開挖和基礎(chǔ)底板澆筑予以有效結(jié)合，把整個基坑分為10個區(qū)域，圖3是具體的劃分圖。各個分區(qū)按照距離地鐵由遠(yuǎn)到近進(jìn)行土方挖除，每個區(qū)的挖除分段展開，挖到基底標(biāo)高，完成混凝土墊層的澆筑工作后再開挖另一分區(qū)。位于地鐵側(cè)50m范圍之內(nèi)的分區(qū)最后進(jìn)行挖除，具體工況見圖4。放坡平臺的寬度一定要達(dá)到要求，先進(jìn)行坡盆式開挖，在達(dá)到基底標(biāo)高之時，就要先完成基礎(chǔ)底板的澆筑工作，并要確保其強度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，之后再開槽架設(shè)好鋼斜坡?lián)巍６趯Φ罔F側(cè)留土基坑進(jìn)行挖除時，采用分層、分塊的方式，并且要將基礎(chǔ)底板澆筑完成，這樣可使得基坑開挖之時所出現(xiàn)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，基坑隆起，還有環(huán)境破壞等得到有效的管控。

預(yù)保護(hù)以及跟蹤保護(hù)的具體措施：對圖5進(jìn)行分析就可知道，對地鐵側(cè)基坑被動區(qū)土體進(jìn)行加固之時，可采用的是三軸水泥攪拌樁，從而使得土體強度得到提升，圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)水平變形，還有基坑隆起的情況顯著降低。

對施工的工藝、工序進(jìn)行調(diào)整：在首層地下室澆筑完畢之后，其強度也能夠滿足需要，回填的相關(guān)工作也保質(zhì)完成，此時方可將支撐體系拆除。止水帷幕應(yīng)該使用的是單排三軸水泥土攪拌樁，這樣可使得施工造成的環(huán)境影響降至最低。

3 基坑開挖對地鐵影響的計算與分析

3.1 三維有限元模型的建立

基坑開挖的尺寸是230m×240m，深度則是6.45m。在建立三維模型之時，對基坑開挖所造成的影響予以全面考慮，模型為1250m×1250m×63m，其上邊界是自由邊界，底部全約束，每個側(cè)邊均要確保不會像基坑方向出現(xiàn)水平位移。采用8節(jié)點實體單元來對土體、重力壩進(jìn)行模擬，通過4節(jié)點板來對圍護(hù)樁、底板，還有隧道襯砌進(jìn)行模擬，通過空間梁單元來對地鐵側(cè)的混凝土支撐進(jìn)行模擬。

3.2 計算結(jié)果

基坑開挖完成之后，非地鐵側(cè)重力壩出現(xiàn)的位移相對大一些，最大值達(dá)到了42.5mm；地鐵側(cè)所使用的圍護(hù)方式是灌注樁，效果是較為顯著的，這一側(cè)所出現(xiàn)的位移最大值是22.6mm。應(yīng)該說，下行線所受到的影響相對更大，其出現(xiàn)了2.23mm的水平位移，而上行線只有1.43mm。臨近圍護(hù)樁的下行線所出現(xiàn)的豎向位移主要是上抬，最大值達(dá)到了2.22mm，上行線的豎向位移則是負(fù)值，這就說明上行線出現(xiàn)沉降，最大值達(dá)到3.31.從計算的實際結(jié)果來看，隧道變形的情況并不明顯，處于可控的范圍當(dāng)中。

3.3 監(jiān)測結(jié)果與分析

圖5是監(jiān)測點布置圖，圖6是部分測點的水平位移圖。則將所有測點的水平位移最大值，還有最大側(cè)移的深度展示出來，從中能夠得知，和地鐵相近的圍護(hù)樁所出現(xiàn)的水平位移值達(dá)到了20.7mm，而最大側(cè)移的深度處于4～8mm之間，隧道頂深度則為12mm，應(yīng)該說，在這個深度，圍護(hù)樁并未出現(xiàn)太大的水平位移，其處于5～8.5mm范圍之中。

4 結(jié)語

由本文敘述可知，基坑工程對臨近的地鐵隧道所產(chǎn)生的影響主要展現(xiàn)卸土、降水以及土體回彈等方面。在卸土之時，時間、空間還有土體所具有的力學(xué)性質(zhì)均屬于影響因素，一旦土方量較大，時間過長，而且土體力學(xué)性質(zhì)相對差一些，則會對隧道造成較大的影響。而基坑降水則會導(dǎo)致土體的有效應(yīng)力變大，此時地鐵的附加荷載就會變大，隨著降水的變深，附加荷載就變得更大。而要想保證基坑的開挖不會對地鐵隧道產(chǎn)生較大的影響，就要選擇適宜的方法進(jìn)行挖掘，并要對坑底進(jìn)行加固處理，對降水予以必要的控制等，這樣才能使得基坑開挖造成的影響降至最低。

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