新建基坑對近臨地鐵結(jié)構(gòu)安全評估分析

孫洪碩 郭普祥

摘 要：隨著我國基礎設施的大力發(fā)展，城市地鐵密度也越來越大，同時城市大型建筑的施工，必然引起地鐵結(jié)構(gòu)運維造成安全影響。 現(xiàn)以某城市商業(yè)大廈基坑開挖對近臨地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)影響為工程背景，結(jié)合大型ANSYS有限元數(shù)值分析模擬，評估基坑開挖對近臨地鐵的安全影響。主要內(nèi)容包括：（1）評估內(nèi)容及方法；（2）評估結(jié)論；（3）評估建議。

關(guān)鍵詞：新建基坑；近臨地鐵；安全評估；建議

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.116

0 引言

隨著城市用地的不斷緊張，基坑的所在環(huán)境也越來越復雜，臨近處也常有市政公用設施等永久性建筑，隨著基坑的開挖，既要有效保護既有結(jié)構(gòu)物，也要保證基坑的安全施工[1]。近年來，計算機硬軟件高速發(fā)展，有限元法在工程模擬中越來越得到廣泛使用，國內(nèi)外學者專家已經(jīng)開展了大量研究[2-4]?，F(xiàn)以某城市商業(yè)大廈基坑開挖為工程背景，采用ANSYS大型有限元軟件模擬基坑開挖對近臨地鐵盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)的安全影響分析。商業(yè)大廈基坑長65m，開挖最大寬度60m，開挖深度18.5m，圍護樁長23m。基坑右側(cè)距離盾構(gòu)隧道左側(cè)15m。

1 評估內(nèi)容及方法

1.1 評估范圍

根據(jù)新建未來時間基坑與既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間的相對位置關(guān)系及影響范圍，選取了本次評估的范圍。平面范圍包含基坑南側(cè)圍護結(jié)構(gòu)、與基坑對應的地鐵盾構(gòu)區(qū)間（左線）均列入評估范圍，深度范圍為基坑底向下大于1倍基坑深度即40m。

1.2 評估內(nèi)容

（1）建立二維、三維計算模型，模擬未來時間基坑施工及使用期間對既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間的影響，提供未來時間基坑圍護結(jié)構(gòu)變形、既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)變形等相關(guān)分析結(jié)果。（2）根據(jù)基坑的施工過程對既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的分析和計算結(jié)果，分析地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的安全性影響。（3）對未來時間基坑圍護結(jié)構(gòu)、既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)提出變形控制指標要求。（4）對基坑施工、監(jiān)控量測、應急預案提出合理化建議。

1.3 評估思路

新建基坑工程對既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的安全性影響評估是本報告的評估重點。主要通過收集、整理和分析各種地質(zhì)、設計和現(xiàn)狀調(diào)查、檢測資料，運用數(shù)值分析、工程類比和專家評議等多種方法，預測基坑工程施工引起既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形變化，在此基礎上評價既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)是否安全，是否滿足正常使用的要求。

1.4 評估方法

本次計算采用ANSYS商業(yè)大型通用軟件，模擬新建基坑的施工過程，提供既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形分析結(jié)果，評估既有既有地鐵區(qū)間的安全性，并根據(jù)正常使用的要求，綜合各種影響因素，提出新建基坑工程施工時對既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形控制標準和保護措施。

2 評估結(jié)論

2.1 基本結(jié)論

（1）從基坑開挖對既有地鐵區(qū)間隧道的影響程度角度出發(fā)，相對于三維模型，二維模型計算結(jié)果偏于保守。（2）無論二維模型還是三維模型，計算結(jié)果均表明：在基坑開挖過程中，既有地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)有明顯的向基坑方向整體移動趨勢，施工結(jié)束后近基坑側(cè)隧道整體水平移動約14mm；近基坑側(cè)隧道有整體抬升特征，遠基坑側(cè)隧道有整體下沉特征，施工結(jié)束后近基坑側(cè)隧道整體抬升量約8mm左右，遠基坑側(cè)隧道整體下沉量約2-3mm。（3）計算結(jié)果表明，基坑施工過程中既有地鐵區(qū)間隧道的凈空收斂變化不明顯，隧道襯砌管片結(jié)構(gòu)的應力變化也不顯著。根據(jù)二維無土釘模型的計算結(jié)果，基坑施工過程中既有隧道結(jié)構(gòu)安全系數(shù)和裂縫寬度滿足相關(guān)規(guī)范的要求。（4）二維模型表明，樁間土釘對控制隧道變形和改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有力，施工過程中應加強管理、確保其施工質(zhì)量。（5）三維計算結(jié)果表明，基坑基底隆起及圍護樁下部位移較顯著，建議優(yōu)化樁長和第二道錨索的設計參數(shù)，并在施工過程中設計完善的施工分區(qū)和開挖步序方案。

2.2 控制基準

根據(jù)計算情況，并結(jié)合《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50911-2013）相關(guān)規(guī)定，建議施工過程中基坑及盾構(gòu)區(qū)間隧道的變形控制基準按如下進行執(zhí)行。

基坑監(jiān)測項目樁頂水平位移累計變形不超過20mm，變形速率不超過2mm/d；樁體水平位移累計變形不超過35mm，變形速率不超過3mm/d；地表沉降累計變形不超過30mm，變形速率不超過3mm/d。

盾構(gòu)隧道監(jiān)測項目管片結(jié)構(gòu)沉降或水平差異位移累計變形不超過20mm，變形速率不超過3mm/d；管片結(jié)構(gòu)差異沉降或水平差異位移累計變形不超過0.03%L（L為兩監(jiān)測斷面的間距）；管片結(jié)構(gòu)凈空收斂累計變形不超過10mm，變形速率不超過3mm/d。

3 評估建議

3.1 施工建議

（1）施工應嚴格按相關(guān)規(guī)范、規(guī)程和設計執(zhí)行，確保施工質(zhì)量。（2）設計科學、合理的基坑開挖方案，嚴格執(zhí)行分區(qū)、分層開挖技術(shù)要求，嚴禁大拉槽開挖，建議每層深度：粘性土不大于2.0m，砂性土不大于1.0m。（3）基坑開挖過程應隨挖隨支，確保樁間土的穩(wěn)定。（4）施工過程中應加強防排水設施的布設，確保地表及基坑內(nèi)排水的通暢，防止由于大氣降水或地下管線滲漏而出現(xiàn)險情。

3.2 監(jiān)控量測建議

（1）本工程應按一級監(jiān)測項目開展監(jiān)測工作。（2）施工中設計完善的監(jiān)測方案。（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)應及時分析處理，并將監(jiān)測資料定期報送軌道公司相關(guān)部門。

3.3 應急預案建議

（1）整個施工均應嚴格按規(guī)范和設計要求進行，認真按技術(shù)規(guī)程操作，防止出現(xiàn)任何險情；并應提前作好搶險預案，防患于未然。（2）制定針對性的應急預案，保證在發(fā)生問題時各相關(guān)單位及人員能夠及時有效地進行處理，避免造成較大的損失并把不良影響降低到最低限度。（3）對既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形問題，應有專項應對預案，確?；邮┕て陂g既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及正常使用。

參考文獻：

[1]赫名然.深大基坑幾何尺寸對地鐵結(jié)構(gòu)變形影響分析[D].北京交通大學，2015.

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[4]曾遠，李志高，王毅斌.基坑開挖對鄰近地鐵車站影響因素研究[J].地下空間與工程學報，2005（04）：642-645.