基坑開挖對既有臨近灘涂鐵路路基影響規(guī)律及安全措施研究

雷華陽，馮雙喜，萬勇峰，加?瑞，韓?均，靳海彥

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基坑開挖對既有臨近灘涂鐵路路基影響規(guī)律及安全措施研究

雷華陽1, 2，馮雙喜1，萬勇峰3，加?瑞1, 2，韓?均4，靳海彥4

(1. 天津大學建筑工程學院，天津 300354；2. 濱海土木工程結構與安全教育部重點實驗室(天津大學)，天津 300354； 3. 天津大學前沿技術研究院，天津 301700；4.中鐵十六局集團第五工程有限公司，唐山 064000)

既有灘涂鐵路路基因基坑開挖卸荷產(chǎn)生過大沉降差，對鐵路正常使用和安全運營產(chǎn)生影響，對變形控制提出了更高要求．針對臨近既有灘涂鐵路的基坑工程，結合工程地質條件和施工要求，利用有限元方法對既有臨近灘涂鐵路路基影響規(guī)律及安全措施開展系統(tǒng)研究．針對灘涂鐵路路基的影響規(guī)律，分析了不同基坑開挖深度、不同既有鐵路路基至基坑距離等因素對路基的沉降差、坡腳水平位移和圍護結構水平位移的演化規(guī)律影響．結合工程需求，針對危險的鐵路路基工況，提出了圍護結構的剛度、打設隔墻和增加支撐個數(shù)3種安全優(yōu)化措施，確定了最優(yōu)施工方案．研究表明：基坑開挖深度越深和基坑距離路基越近，鐵路路基施工風險越高，臨近灘涂鐵路路基施工安全控制距離應大于5.0m；此外，針對危險的鐵路路基施工工況，進行優(yōu)化方案對比分析．單純增加圍護結構的剛度，無法保證安全施工；打設隔墻使得圍護結構承受的土壓力減小，具有良好的加固效果；增加支撐使圍護結構的水平位移最小，加固效果最佳．

基坑開挖；灘涂區(qū)；路基；影響規(guī)律；安全措施

隨著“一帶一路”、“海洋強國”、“五縱七橫”等國家戰(zhàn)略的提出，大量基礎設施在我國沿海灘涂地區(qū)興建．尤其是快速、便捷的高速鐵路工程，已經(jīng)成為新世紀區(qū)域間和國家間政治、經(jīng)濟、文化和社會生活聯(lián)系的重要紐帶．但是灘涂地區(qū)覆有20～25m左右的深厚粉質黏土層，受潮汐作用頻繁，工程地質條件復雜，在灘涂地區(qū)興建高鐵具有施工難度大、施工周期長等特點，工程問題頻發(fā)．近幾年由于國家發(fā)展需求，在沿海灘涂地區(qū)出現(xiàn)了大量的既有鐵路并行運營的情況，基坑施工可能引發(fā)臨近運營線路鐵路路基的變形超限、失穩(wěn)破壞等工程問題，影響既有線路的安全運營．因此有必要研究既有臨近灘涂鐵路路基受基坑開挖的影響，分析路基沉降規(guī)律及安全控制措施，研究結果可為類似工程施工設計和防災減災提供理論和參考．

針對基坑開挖對臨近路基的影響，諸多學者往往通過室內模型試驗、數(shù)值模擬分析等手段開展研究．Bian等[1]利用高鐵模型試驗，分析了基坑開挖對既有無砟軌道和有砟軌道鐵路路基沉降變形特性和孔壓變化規(guī)律的影響．李連祥和符慶宏[2]通過開展離心模型試驗，模擬了基坑開挖對臨近復合地基沉降變化規(guī)律，并將圍護結構背后土壓力分為增長區(qū)和減小區(qū)兩部分．高顯平[3]利用有限元方法研究了深基坑施工對臨近既有高速鐵路路基沉降的影響，分析了各施工步下高速鐵路路基的變形規(guī)律．Zhou等[4]采用三維有限差分方法，通過現(xiàn)場抽水試驗，反演滲透率參數(shù)，模擬基坑降水過程對既有路基的影響，提出地下連續(xù)墻的水力屏障功能隨地下水位的增加而減小.方浩等[5]采用有限單元法研究基坑降水方案、坑底加固、圍護結構插入比以及基坑距路基坡腳距離4個因素對既有高鐵路基變形的影響，并認為圍護結構插入比存在一個臨界值．

此外，眾多學者基于路基因沉降差過大、坡腳水平位移過大等安全問題，提出了相關安全控制措施.鄧翔和杜斌斌[6]針對路基沉降差過大工程問題，認為地下連續(xù)墻支護結構對臨近既有路基的擾動較小，能夠滿足基坑施工過程中鐵路路基的安全運營．胡謝飛[7]結合路基坡腳水平位移過大的安全問題，提出當路基至基坑距離為4倍基坑深度以內時，應考慮鐵路對基坑支護結構的影響，對比分析了雙排樁支護和地下連續(xù)墻支護方案的優(yōu)劣性．左珅[8]針對運營路基存在變形超限與失穩(wěn)的隱患，在工程現(xiàn)場實施了地基處理設計變更和邊坡防護措施．曹友賢[9]對國內外眾多路基穩(wěn)定性問題的防護技術進行分類研究，認為“漿砌片石護坡＋加筋土”為最佳治理方案．

綜上可知，基坑開挖對既有臨近路基沉降規(guī)律及安全措施研究雖然已經(jīng)獲得了較多的研究成果，但仍存在不確定性．很少有專家針對特殊工程地質條件下基坑開挖對既有臨近灘涂鐵路路基影響規(guī)律開展系統(tǒng)研究，目前的研究成果尚未對灘涂地區(qū)特殊的施工工況提出合理安全措施，無法指導工程實踐．基于此，本文結合福建某既有鐵路線高架橋工程，基于現(xiàn)場的工程地質條件，利用Plaxis2D建立了12種模擬方案．研究了不同基坑開挖深度、不同既有鐵路路基至基坑距離等因素對路基的沉降差、坡腳水平位移演化規(guī)律的影響．結合工程需求，針對危險的鐵路路基工況，提出了3種安全優(yōu)化措施，為類似工程施工和設計提供參考．

1?工程地質條件

某既有鐵路線高架橋工程跨越沈海高速，地處福建省東北部，位居臺灣海峽西北岸，是連接長江三角洲和珠江三角洲兩大經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的必經(jīng)之地．通過地質調研發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)長期受海洋和河流等外力的侵蝕、剝蝕和堆積作用，形成面積較大的低山、丘陵和小規(guī)模的海積平原地貌．

該工程位于海積平原灘涂地區(qū)，工程地質條件復雜，施工環(huán)境惡劣．由于地質構造的作用，流速巨大的河流挾帶的大量泥沙在河口三角洲及平原沿海地帶不斷堆積淤漲，形成了大面積海積平原的灘涂地段．地層上主要為第四系長樂組的沖積粉質黏土或海積淤泥，厚度約為20～25m，下部為微風化的花崗巖，典型工程地質剖面如圖1所示．

本文對沿海灘涂區(qū)進行資料收集、調研，在施工現(xiàn)場布設了2個鉆孔，在此基礎上，共采樣70組，開展了10組十字板剪切試驗、10組無側限抗壓強度試驗、30組固結試驗以及多組常規(guī)土工室內試驗，具體的物理特性指標如表1所示．

圖1?典型工程地質剖面圖

表1?粉質黏土參數(shù)統(tǒng)計

Tab.1?Parameterstatistics of silty clay

表1反映了灘涂區(qū)粉質黏土具有“三高兩低”的工程特性：高含水量、高孔隙比、高壓縮性、低強度、低滲透性．其中，天然含水量高(38.7%～55.5%)，天然孔隙比可達1.50～1.75，壓縮模量為1.03～1.53MPa-1，無側限強度約為8.8～17.9kPa，表明土的壓縮性大，抗剪切強度低；固結系數(shù)為0.73×10-3cm2/s～2.05×10-3cm2/s，說明固結所需要時間較長；滲透系數(shù)屬10-7數(shù)量級，滲透系數(shù)低，說明灘涂區(qū)粉質黏土固結沉降和強度增長所需時間長．

2?工程概況

新建項目為既有線鐵路并行區(qū)段的高架橋項目，最近區(qū)間僅2.5m，最遠區(qū)間為10.0m，兩線相對位置如圖2所示．既有鐵路路基采用CFG樁進行復合地基加固，經(jīng)過多年的運營，鐵路路基已基本完成固結.

但新建高架橋施工將面臨以下挑戰(zhàn)．

(1) 工程地質條件復雜，軟弱地基厚度較大，一旦卸荷開挖，可能引發(fā)路基坍塌和失穩(wěn)破壞．

(2) 在既有路基一側開展開挖、打樁填筑等施工過程，勢必會對既有鐵路路基產(chǎn)生較大的擾動，可能會導致沉降差過大，無法滿足沉降控制要求．

(3) 由于施工期間鐵路正常運營，列車行車荷載干擾新線施工，相互干擾使得新線施工難度大．

(4) 在新建高架橋項目與既有線鐵路并行距離較近，現(xiàn)場施工場地狹小，運輸困難，施工現(xiàn)場地下管線保護、大型機械進場轉場等安全問題突出．

為了確保鐵路的正常運營以及安全施工，工程要求在基坑開挖過程中鐵路路基的沉降差小于5mm，坡腳處水平位移小于2mm．

圖2?新建高架橋和既有鐵路路基相對位置

3?數(shù)值模擬方案

3.1?模型建立及模型參數(shù)

采用有限元數(shù)值軟件Plaxis2D對12種工況斷面進行模擬分析．其中既有鐵路路基路面寬度12m，路基坡度為0.67∶1，路基填筑高度約10m，基坑開挖寬度10.2m，根據(jù)實際工況，基坑開挖深度分別為2.5m、5.0m和7.5m，基坑距離路基坡腳的距離分別為2.5、5.0m、7.5m和10.0m．圍護結構的插入深度為10m，橋樁嵌入花崗巖深度為3m．

地基尺寸為(140.1～145.1m)×50m，模型選擇平面應變模型，單元選取15節(jié)點，網(wǎng)格劃分的疏密程度設置為“細”，并且對工程關心的路堤和結構部件進行了局部加密，共2966～3760單元，23997～46872節(jié)點，如圖3(a)所示．本文針對粉質黏土和花崗巖均采用“土體硬化”模型，該模型可以模擬土體在主壓縮條件下的不可逆壓縮變形，可以考慮土體剛度的應力相關性，屬于二階的雙曲線彈塑性本構模型．支撐、橋樁和圍護結構均采用彈性本構模型，利用“點對點錨桿”單元模擬支撐，橋樁采用“梁”單元來模擬，反映橋樁的軸向力和彎矩變化規(guī)律．用“板”單元來模擬圍護結構，說明支護結構的彎曲變形特性[10-12]．基坑結構布置詳圖如圖3(b)所示．

為了確定合理的模型參數(shù)，本文開展了大量土工試驗，通過直剪試驗確定土的黏聚力和摩擦角，利用常水頭滲透試驗，確定水平和豎向滲透系數(shù)，通過三軸固結排水(CD)試驗確定土的變形模量，通過天然重度、含水量以及相對密度確定初始孔隙比等，具體模型參數(shù)如表2所示．

此外根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010—2016)確定支撐、橋樁和圍護結構的彈性模量等，如表3所示．

圖3?模型尺寸

表2?土體模型參數(shù)

Tab.2?Modelparameters of soil

表3?基坑模型結構材料參數(shù)

Tab.3?Model parameters of foundation pit structure

3.2?模擬方案

結合工程實際，為了充分研究基坑開挖深度以及基坑離鐵路路基坡腳的距離對路基的影響，分別取3種基坑開挖深度2.5m、5.0m、7.5m和4種基坑距鐵路路基坡腳距離2.5m、5.0m、7.5m、10.0m，將這兩個影響因素進行組合，共形成12種模擬工況，為了分析基坑開挖深度以及基坑離路基的距離兩種因素對路基沉降和基坑支護結構的影響，所有模擬方案在基坑開挖前，均設置一道支撐，具體的模擬方案及施工步如表4所示．

本文根據(jù)最危險工況9提出增加圍護結構剛度、增加支撐個數(shù)和打設隔離鋼板樁3種安全措施，并對方案進行優(yōu)化，提出最為合理的安全措施，具體安全措施方案如表5所示．

表4?模擬工況

Tab.4?Simulated working condition

注：結合設計要求，按照每隔2.5m開挖施工步進行模擬，即：當開挖深度為2.5m時，直接開挖到底；當開挖深度為5.0m時，應分兩個施工步完成；當開挖深度為7.5m時，應分3個施工步完成．

表5?安全措施數(shù)值模擬

Tab.5?Numerical simulation for safety measures

4?數(shù)值模擬結果分析

4.1?路基沉降差異規(guī)律分析

為了揭示基坑開過程中路基沉降差異變化規(guī)律，本文通過選取剖面坐標(-27.25，2.528)，(14.75，2.528)，以工況9為例說明路基沉降差變化規(guī)律．本文所述的沉降差是指路基剖面位置沉降值與最左側坡腳(-27.25，2.528)沉降值之差，沉降差與路基位置關系如圖4所示．從圖4可以看出，路基從左至右沉降差逐漸增大，隨著施工步的增加，沉降差逐漸增大．當施工支撐時，沉降差從0m增至-2.58mm，顯然在安全線上方，滿足工程施工要求．此外，當基坑開挖至7.5m時，在路基中心至右側坡腳位置處，沉降差忽然超過工程要求限值-5mm并增至-8.23mm；當基坑底部鋪設墊層時，沉降差從0m增至-8.46 mm，達到最大值，在規(guī)定的安全線下方，不能滿足工程施工要求，在工程施工過程中應加強監(jiān)測．

出現(xiàn)右側沉降大于左側沉降是因為在基坑開挖相當于土體卸載．當基坑開挖至7.5m時，圍護結構承受較大的土壓力，發(fā)生較大變形，引發(fā)路基較大的沉降差異．

從圖4可以看出，鋪設墊層施工步時，沉降差最大，本文將12種模擬工況鋪設墊層施工步的沉降匯總于圖5．從圖5可以看出，隨著開挖深度的增加，沉降差呈現(xiàn)增大的趨勢；隨著基坑與路基距離的增加，沉降差呈現(xiàn)減小趨勢．

圖4?沉降差與路基位置關系

當基坑距鐵路路基為10.0m時，基坑開挖深度為2.5m，沉降差達到最小值，最小值為-1.16mm；基坑開挖深度為5.0m，沉降差為-1.24mm；基坑開挖深度為7.5m，沉降差為-1.99mm．相反，當基坑距鐵路路基為2.5m時，基坑開挖深度為2.5m，沉降差為-3.09mm，為最小沉降差的2.7倍．基坑開挖深度為5.0m，沉降差為-3.18mm；基坑開挖深度為7.5m，沉降差達到最大值，最大值為-8.46mm．

基坑開挖深度為7.5m，距離為2.5m和5.0m時，沉降差分別為-8.46mm和-5.4mm，均在安全線下方，不能滿足工程要求．但隨著距離進一步增加，沉降減小，處于安全線以上，能滿足工程施工要求．當距離為7.5m時，沉降差為-4.55mm；當距離為10.0m時，沉降差為-1.99mm．

通過分析發(fā)現(xiàn)，基坑開挖存在臨界影響范圍，對于本文研究的臨近灘涂鐵路路基施工安全控制距離應大于5.0m．

圖5?不同開挖深度下路基沉降差與路基位置關系

4.2?坡腳與圍護結構水平位移變化規(guī)律分析

坡腳的水平位移不僅能夠評價路堤的穩(wěn)定性，而且可以評價路基變形特性．選取模擬工況9為例說明路基坡腳(剖面坐標：(-14.75，2.528)，(-14.75，?-7.5))水平位移深度方向變化規(guī)律，如圖6所示．研究發(fā)現(xiàn)，隨著深度的增加，水平位移呈現(xiàn)減小趨勢，隨著施工步的增加，水平位移逐漸增大．添加支撐時，水平位移最小，最小值為0.194mm，隨著施工步的增加，水平位移有所增加，但增加程度不大，當基坑開挖深度為2.5m時，水平位移為1.64mm．施工步4～6水平位移值均在安全線左側，即水平位移低于界限值2.5mm，滿足工程施工的要求．但是當基坑開挖深度為7.5m時，水平位移最大，最大值為2.92mm；當鋪設墊層時，最大水平位移為2.88mm；水平位移值均在安全線的右側，即水平位移值超過界限值2.5mm，不滿足工程施工要求．

圖6?坡腳剖面水平位移沿深度變化規(guī)律

從圖6可以看出，坡腳處水平位移最大值均發(fā)生在圍護結構的頂部，因此為了研究不同距離對坡腳處水平位移的影響，本文對12種模擬工況坡腳處的水平位移進行統(tǒng)計，如表6所示．研究發(fā)現(xiàn)，隨著基坑距離鐵路路基距離越遠，坡腳處水平位移越?。旈_挖深度為7.5m，基坑距離鐵路路基的距離為10.0m時，水平位移為1.41mm；當距離為7.5m時，水平位移增至2.42mm，接近安全線，但當距離為5.0m時，水平位移超過安全要求為2.89mm；當基坑距離鐵路路基距離為2.5m時，水平位移達到最大值為2.92mm．因此建議工程實踐中，安全距離大于5.0m．距離小于5.0m時，需采取安全措施．此外，開挖深度越大，坡腳處的水平位移越大．當基坑距離鐵路路基距離2.5m，鋪設墊層時，基坑開挖2.5m、5.0m和7.5m所對應的水平位移值分別為0.73mm、1.34mm和2.88mm．

圍護結構的水平位移是影響路基沉降差和坡腳處水平位移的關鍵因素．圖7為深度方向圍護結構水平位移變化規(guī)律圖，從圖7可以看出，添加支撐時圍護結構的水平位移基本沒有變化，保持0.02mm左右．當基坑開挖至2.5m時，由于上部支撐的作用，在圍護結構下端產(chǎn)生較大的水平位移，水平位移為2.03mm，約增加了2mm；當基坑開挖至5.0m，水平位移為6.71mm，增加4.68mm．當基坑開挖至7.5m時，水平位移達最大值為19.4mm．出現(xiàn)圍護結構上部位移小于下部位移，是因為在圍護結構上部設置了支撐，起到阻礙土壓力作用．但是圍護結構的下部嵌入在深厚灘涂土層中，灘涂土層對圍護結構下部約束力小，無法阻礙土壓力的作用，這很有可能引起基坑坍塌失穩(wěn)，引發(fā)工程事故．

表6?不同開挖距離條件下坡腳位置處水平位移

Tab.6?Lateral displacement at the foot of the slope under different excavation distances

圖7?深度方向圍護結構水平位移變化

圖8為不同距離下圍護結構水平位移變化規(guī)律圖，從圖8可以看出隨著基坑與鐵路路基的距離的增加，圍護結構的水平位移呈現(xiàn)減小的趨勢．當基坑開挖深度為2.5m時，水平位移基本無論距離遠近，均保持0.02mm左右；當基坑開挖深度為5.0m時，距離為2.5m、5.0m、7.5m和10.0m所對應的水平位移分別為6.71mm、5.55mm、4.07mm和2.50mm；當開挖深度為7.5m時，水平位移達到最大值．距離為2.5m、5.0m、7.5m和10.0m所對應的水平位移分別為19.4mm、17.4mm、12.75mm和7.43mm．

圖8?不同距離下圍護結構水平位移變化

4.3?安全措施研究

本文結合工程實際提出3種安全措施方案：增加圍護結構的剛度、增加支撐個數(shù)和打設隔離墻．

圍護結構的厚度、鋼筋直徑大小等因素會影響墻體自身發(fā)生變形，導致周圍土體發(fā)生沉降變形，為了研究圍護結構剛度對灘涂路基的安全性的影響，在原來圍護結構的基礎上，抗彎和抗壓剛度都增加至原來的2倍．

支撐形式和支撐個數(shù)影響圍護結構變形，進而引發(fā)路基沉降差和坡腳處水平位移．因此本文每隔2.5m處增加支撐個數(shù)，分析支撐個數(shù)對施工安全性的影響．

為保證基坑四周相鄰路基等設施在基坑施工過程中能正常使用和運營，可以采用雙層支護體系．但是需保證最外層圍護結構需要嵌入到持力層中．本文在基坑和路基中間打設長度為25m的圍護樁結構.

為了確保施工安全和鐵路的正常運營，針對模擬工況9采取增加圍護結構的剛度、每隔2.5m增加支撐個數(shù)和打設隔墻3種模擬方案進行對比分析，選出最優(yōu)的施工方案為工程施工提供參考．

圖9為不同安全措施條件下沉降差變化規(guī)律圖，從圖9可以看出不同措施下路基沉降差的變化規(guī)律，研究表明，增加圍護結構的剛度效果較差，沉降差在安全線下方．采用在基坑和路基中間打設隔墻措施，對防止沉降差過大有一定效果，最大沉降差約為5.21mm，與無措施相比，最大沉降差減小了38.4%.同時，當采用增加支撐措施時，對防止沉降差過大存在一定效果，最大沉降差約為4.96mm，與無措施相比，最大沉降差減小了41.4%．處于安全線以上，滿足工程施工要求．

圖9?不同安全措施條件下沉降差變化

表7證明了增加支撐和打設隔墻可以有效防止坡腳位置處的水平位移過大，水平位移小于2.5mm，與無措施相比，水平位移分別減小了26.74%和19.44%，均滿足工程要求．

表7?不同安全措施條件下坡腳處水平位移

Tab.7 Lateral displacement at the foot of slope under different safety measures

圖10為不同安全措施條件下圍護結構的水平位移變化規(guī)律圖，從圖10可以看出增加圍護結構的剛度，無法防止其水平位移，其根本原因是圍護結構的下方無支撐嵌固點，與沒有加固措施時的變形位移基本保持一致．當采用打設隔墻時，圍護結構的變化呈現(xiàn)出“兩端小，中間大”的形狀，水平位移在10～12mm變化，與無措施相比，水平位移減小3.22%～48.45%．究其原因：打設的隔墻使得圍護結構承受的土壓力減小，僅基坑距離隔墻之間的土作用在圍護結構上，起到雙層保護的作用．當采用增加支撐的措施時，發(fā)現(xiàn)較其他措施而言水平位移最小，水平位移在7～8mm變化，與無措施相比，水平位移減小31.6%～63.9%．

圖10 不同安全措施條件下圍護結構的水平位移變化

綜合上述分析，3種措施中，添加支撐措施更有利于確保鐵路安全運營和工程的安全施工．從目前的施工工藝來看，常見支撐的形式有角撐、環(huán)梁式支撐和邊桁架支撐．增設內支撐可以增加支護結構的相對剛度[13-14]，減少地下支護結構在空氣中的暴露時間，保證路基沉降差異和坡腳水平位移，滿足工程要求．除此之外，增設支撐還有利于墻外側承受較均勻的主動土壓力，能夠保證墻與土充分接觸，增加摩擦力和黏聚力，從而達到提高土抗剪強度，減少周圍土體變形的目的[15-16]．

5?結?論

本文基于工程地質條件，系統(tǒng)研究了既有臨近灘涂鐵路路基受基坑開挖的影響，重點分析了路基沉降規(guī)律及安全控制措施，利用有限元方法建立了12種模擬工況，研究了不同基坑開挖深度、不同基坑至既有鐵路路基距離等因素對路基沉降差、坡腳水平位移和圍護結構的水平位移的影響規(guī)律，針對危險的鐵路路基工況，提出了增加圍護結構的剛度、增加支撐個數(shù)和打設隔離墻3種安全措施，并進行對比分析，確定了最優(yōu)安全措施方案．具體的結論如下．

(1) 基坑開挖對灘涂鐵路路基影響規(guī)律：隨著開挖深度的增加，路基的沉降差、坡腳的水平位移以及圍護結構水平位移均呈現(xiàn)增大的趨勢；隨著基坑距離鐵路路基的增加，坡腳的水平位移以及圍護結構水平位移呈現(xiàn)減小趨勢．坑開挖深度為7.5m、基坑距離鐵路路基2.5m時，沉降差、坡腳水平位移和圍護結構的位移均達到最大值，最大值分別為8.46mm、2.92mm、19.4mm．基坑開挖存在臨界影響范圍，本文提出臨近灘涂鐵路路基施工安全控制距離應大于5.0m．

(2) 基坑開挖對灘涂鐵路路基安全措施：增加圍護結構的剛度，無法保證圍護結構的下方無支撐嵌固點；打設隔墻使得圍護結構承受的土壓力減小，起到雙層保護的作用，具有良好的加固效果；當采用增加支撐的措施時水平位移最小，水平位移在7～8mm變化，與無措施相比，水平位移減小31.6%～63.9%，加固效果最佳．

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Influence Law and Safety Measures of Foundation Pit Excavation on Existing Railway Subgrade in Tidal Flat Areas

Lei Huayang1, 2，F(xiàn)eng Shuangxi1，Wan Yongfeng3，Jia Rui1, 2，Han Jun4，Jin Haiyan4

(1. School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300354，China；2. Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety of Ministry of Education (Tianjin University)，Tianjin 300354，China；3. Institute of Frontier Technology，Tianjin University，Tianjin 301700，China；4. China Railway 16th Bureau Group the 5th Engineering Co.，Ltd.，Tangshan 064000，China)

Excessive settlement difference of railway subgrade in tidal flat areas is caused by foundation pit excavation. The settlement difference greatly affects normal use and safe operation of the railway；therefore，it is important to control the deformation of railway subgrade. Based on engineering and geological conditions and construction requirements of foundation pit excavation adjacent to existing railway subgrade in tidal flat areas，the finite element method was utilized in this study to systematically investigate influence law and safety measures of foundation pit excavation on existing railway subgrade in tidal flat areas. In terms of influence law，the settlement difference，the lateral displacement at the foot of slope，and the horizontal displacement of the retaining structure were analyzed for different foundation pit excavation depths and different distances from the existing railway subgrade to the foundation pit. Combined with the engineering requirement，three safety optimization measures were provided for the railway subgrade under the most dangerous construction condition，including the enlarging stiffness of the retaining structure，the setting of partition wall and the increase of the number of supports. And the optimal construction measure was determined. Research showed that deeper the foundation pit excavation and closer the distance between foundation pit and subgrade，higher the safety risk of railway subgrade. Based on this，the safety control distance of railway subgrade construction near beach was recommended to be more than 5.0m. Additionally，optimization measures were compared and analyzed for the railway subgrade construction under the most dangerous construction condition. Only increasing the stiffness of the enclosure structure could not ensure safe construction. Laying partition wall reduced the earth pressure on the retaining structure，which had better reinforcement effect. Increasing the number of supports minimized horizontal displacement of retaining wall，which has the best reinforcement effect.

foundation pit excavation；tidal flat area；subgrade；influence law；safety measures

the National Key Research and Development Program of China(No.2017YFC0805402)，the National Natural Science Foundation of China(No.51578371，No.51509181)，the Open Project of State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering(No.SLDRCE17-01)，the Beijing-Tianjin-Hebei Special Projects of Cooperation(No.16JCJDJC40000).

TU471

A

0493-2137(2019)09-0969-10

2018-09-01；

2018-12-04.

雷華陽（1974—），女，博士，教授.

雷華陽，Leihuayang74@163.com.

國家重點研發(fā)計劃資助項目(2017YFC0805402)；國家自然科學基金資助項目(51578371，51509181)；土木工程防災國家重點實驗室開放基金資助項目(SLDRCE17-01)；京津冀合作專項項目(16JCJDJC40000).

10.11784/tdxbz201809001

(責任編輯：樊素英)