基坑工程施工對鄰近地鐵盾構(gòu)隧道的影響

張養(yǎng)鵬

摘要：新建基坑工程施工過程中，在確?；幼陨戆踩耐瑫r，也要控制由于基坑施工引起的土體位移，保證鄰近地鐵的安全和正常運營。本文結(jié)合施工案例，對基坑工程施工對鄰近地鐵盾構(gòu)隧道的影響進行了分析，以期為相關從業(yè)人員提供參考。

關鍵詞：基坑工程;施工影響;地鐵盾構(gòu)隧道

0引言

越來越多的基坑工程逐漸建設于地鐵隧道附近，應當重視研究和分析基坑工程施工對鄰近地鐵盾構(gòu)隧道的影響，從而有效保護地鐵隧道的安全和正常運營。

1工程案例

以某工程為例，該工程共有四層地下室，基坑開挖深度為16.9m。場地北側(cè)緊鄰地鐵（隧道底埋深約15.9m），基坑距隧道的最小近距8.4m;東面緊貼停工多年的某大廈基坑（逆作法施工到負一至二層），本基坑支護與其共用已完成的連續(xù)墻;西面為某建筑，最近距離約12m;南面約30m處為高層住宅樓。

本基坑支護采用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻（兼做地下室外墻和邊樁基礎）及二道鋼筋混凝土內(nèi)支撐作為基坑支護體系及止水帷幕。地連墻在臨近地鐵邊的厚度為800mm，因西南角地層較差，連續(xù)墻厚度為1000mm。其余各邊的連續(xù)墻厚度均為800mm。東邊與相鄰基坑的地連墻合用。為減少可能的變形，兩道內(nèi)支撐在地下室結(jié)構(gòu)回筑時不拆除，在地下室樓板結(jié)構(gòu)完成后再拆。該工程地層包括人工填土層、沖積層、殘積層及白堊系沉積巖四層。根據(jù)現(xiàn)場量測的勘察鉆孔水位，場地的地下水位埋深為1.10～2.00m。本場地地下水類型可分為上層滯水、孔隙水和基巖裂隙水三種。根據(jù)抽水試驗，總體水量不豐富。

2基坑工程對地鐵隧道的影響分析

通過相關水文地質(zhì)條件分析以及有限元模擬工況，可得基坑工程對地鐵隧道的影響情況如下。

2.1地連墻成槽對鄰近地鐵隧道的影響

本項目基坑與地鐵隧道靠近側(cè)應用800mm厚的地連墻作為基坑支護擋土及止水體系，地連墻外壁距離隧道結(jié)構(gòu)外壁凈距為8.4m，地連墻底約比隧道底深7m，若是近距離地連墻成槽施工，很有可能會影響地鐵隧道結(jié)構(gòu)。結(jié)合基坑支護設計圖紙，按照k.r.h的三角形面壓力進行泥漿對地連墻成槽側(cè)壁壓力的計算，可以發(fā)現(xiàn)泥漿側(cè)向壓力隨著槽段深度的增加呈現(xiàn)線性增大趨勢，且由于周圍土體的土層越深越好，所以靜止土壓力并未明顯隨著深度的增加而發(fā)生變化。也就是說，當泥漿側(cè)壓力到達一定深度后，將大于該深度原始靜止土壓力。而當泥漿壓力大于同一深度處的靜止土壓力時，槽段將向外擴大，隧道將會往遠離槽段的方向移動。根據(jù)相關計算得出地連墻成槽對隧道造成背向槽段最大位移約1.561mm，因此無法明顯改變隧道管片內(nèi)力，可以得出地連墻成槽對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響較小的結(jié)論。

由于本項目基坑地連墻外壁與地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)外壁最小凈距為8.4m，且隧道底埋深約比基坑淺1m，所以基坑開挖將會影響鄰近地鐵隧道。同時由于施工場地具有較高的地層性質(zhì)，并且基坑開挖過程中地下水位變化小于1m，因此不考慮地下水位的變化對隧道位移的影響。根據(jù)具體分析，基坑開挖導致隧道結(jié)構(gòu)位移數(shù)值為4.97mm，實測結(jié)果為地鐵隧道最大水平位移為8.5mm，大于數(shù)值分析結(jié)果，小于相關標準規(guī)定的地鐵結(jié)構(gòu)設施附加最大絕對位移20mm。

根據(jù)地下連續(xù)墻位移和隧道位移數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)當基坑開挖指第一道基坑底（約4m左右）時，基坑北面連續(xù)墻（靠近隧道側(cè)）的水平位移為0mm，而此時地鐵隧道的最大水平位移值已達到了3.6mm。隧道的位移包括水平位移和垂直位移，主要是由于基坑圍護結(jié)構(gòu)的變形及坑底土隆起造成，其中隧道的水平位移主要是由于基坑嗣護結(jié)構(gòu)的變形和側(cè)移引起。此時基坑周護結(jié)構(gòu)的變形為0，而隧道位移卻達到了3.6mm，隧道實際位移值大于數(shù)值模擬值的原因可能有以下幾點：第一，由于模擬較大模型的盾構(gòu)隧道通常采用彈性均質(zhì)圓環(huán)模型，而實際盾構(gòu)隧道管片間是采用螺栓連接，同時由于本工程隧道并非新建，可能存在管片發(fā)生縱縫張開，或存在錯臺量的情況;第二，雖然支護的地連墻可以兼做止水帷幕，但地連墻并不能完全阻止基巖裂隙水的滲漏，地下水位發(fā)生變化也是影響結(jié)果的因素之一?？油獾叵滤臐B漏，會導致土中應力發(fā)生變化，土體壓縮固結(jié)，這也可能影響隧道的位移值。第三，利用有限元數(shù)值分析是通過相關地質(zhì)水文資料的簡化和歸整進行建模，可能與施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況、施工工藝、施工質(zhì)量等存在差異，從而導致實際隧道位移較大。

分析地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)受力情況，可以看出深基坑施工在一定程度上影響了鄰近地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道的受力狀況，但未明顯改變隧道結(jié)構(gòu)，可以認為隧道結(jié)構(gòu)是安全的。還可以從隧道的內(nèi)力及位移變化值得出以下幾點：第一，由于隧道底部和基坑底部高程幾乎一致，在第二道基坑內(nèi)撐以下進行土方開挖時，隧道內(nèi)力和位移可能發(fā)生較大變化，所以應當在基坑開挖至第二道內(nèi)撐以下時，采取分區(qū)、分塊、分層的方式進行土方開挖，不能超挖，也不可一次性挖除隧道側(cè)基坑的大量土體，應按照設計的分層開挖厚度進行開挖。第二，由于基坑端部兩側(cè)支護結(jié)構(gòu)的相互約束作用，基坑端部及端部以外區(qū)域的隧道變形微小，基坑開挖對隧道的影響范圍主要集中在基坑寬度范圍內(nèi)。隧道最大位移發(fā)生在基坑北側(cè)中部偏東北角的位置，這是因為基坑北側(cè)的最大側(cè)向位移發(fā)生在基坑中部，而隧道與基坑的最近點在基坑的東北角。第三，本基坑兩道內(nèi)支撐在回筑時不拆除，待地下室樓板完成后再拆除?；娱_挖對隧道的影響在地下室底板澆筑完成后己基本穩(wěn)定。而且由于地下室底板抑制了土體的隆起且對隆起土體的反壓作用，隧道變形微有回收，即變形往隧道原狀態(tài)發(fā)展。

3結(jié)束語

綜上所述，影響鄰近地鐵盾構(gòu)隧道的因素主要在于基坑開挖方面，因此基坑開挖需要嚴格按照“分區(qū)、分塊、分層”的原則，并采取留（堆）土反壓控制方案，防止基坑內(nèi)側(cè)土體對圍護機構(gòu)產(chǎn)生影響。