深基坑施工引發(fā)地鐵隧道變形的控制策略探究

【摘要】近年來深基開挖的工程日益增多，與周圍建筑的水平距離不斷縮小，由此可能引發(fā)地鐵隧道及附屬結(jié)構(gòu)的變形開裂而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)安全事故，如杭州地鐵湘湖站臨近深基坑在開挖中因沒有按時對墊層進行澆筑、施工方支護結(jié)構(gòu)存在缺陷且設置支撐架時間較晚、勘測方給出的土體力學參數(shù)不符合力學理論等因素而出現(xiàn)大范圍坍塌，導致數(shù)十人傷亡。如何從深基坑開挖引發(fā)地鐵隧道變形的特征出發(fā)，研究并分析控制地鐵隧道變形的合理措施，實現(xiàn)深基坑開挖的高效施工并同時兼顧地鐵隧道的正常運營，已經(jīng)成為亟待解決的重要課題。

【關鍵詞】深基坑;地鐵隧道;變形;控制策略

1、深基坑施工對臨近地鐵隧道變形的特征及影響因素

深基坑施工對臨近地鐵隧道變形的特征可總結(jié)為如下兩點：當深基坑位于隧道上方時，土體產(chǎn)生回彈后隧道也隨之出現(xiàn)隆起現(xiàn)象且類似于正態(tài)曲線分布，下臥隧道的最大隆起處和深基坑的施工中心相近且逐漸向兩側(cè)擴展，到達圍護結(jié)構(gòu)時隆起值縮小，遠離后隆起稍微增大;當深基坑位于隧道一側(cè)時，隧道橫斷面的變形往往呈現(xiàn)“橫鴨蛋形”，并出現(xiàn)斜向坑底的位移。

研究表明，深基坑施工對地鐵隧道水平位移影響的大小因素為：基坑與隧道的高差>隧道與基坑的水平凈距>內(nèi)支撐的斷面積>地連墻的彈性模量;深基坑施工對地鐵隧道豎向位移影響的大小因素為：隧道與基坑的水平凈距>基坑與隧道的高差>內(nèi)支撐的斷面積>地連墻的彈性模量。

2、深基坑施工引發(fā)地鐵隧道變形的控制策略

2.1 外部增強加固措施

從表1中所列的案例可以看出，充分利用深基坑開挖的時空效應，采用分層、分區(qū)、分塊開挖現(xiàn)結(jié)合、設置相應抑制坑底土體回彈的措施，能夠有效控制深基坑施工引發(fā)的地鐵隧道變形。

第一，拉槽開挖+土體加固。如開挖深度為4.5～19.7m的廣州南站區(qū)域地下空間及市政配套設施工程項目基坑與周邊隧道（7號線）存在著敏感的相鄰位置關系，基坑圍護結(jié)構(gòu)主要采用地連墻或鉆孔灌注樁+混凝土內(nèi)支撐的支護方式，7號線正上方基坑采用重力式擋土墻及放坡的支護形式?；娱_挖時，左線隧道已經(jīng)施工完成，右線正在推進，為確?；娱_挖階段地鐵隧道的安全，對7號線右線進行預加固，對左線地層實施后加固，加固采用?600@450密排式攪拌樁加固，水泥摻量為20%，加固體28天強度在0.8Mpa以上。采用如上土體加固措施后，隧道上隆最大位移減少了62.4%，將隧道豎向位移控制在允許值范圍內(nèi)。

第二，抽條開挖+板錨（樁）支護。如廣州天河東路下穿隧道基坑工程的開挖深度為7.34m，經(jīng)過運營的3號線左、右線上方，基坑南北兩側(cè)采用?1200mm鉆孔灌注樁，樁間采用高壓旋噴樁止水。沿東西方向人工抽條放坡開挖坡率為1：1.5，掛網(wǎng)采用?6@30×30mm的鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)經(jīng)過垂直坡度面的?16鋼筋錨桿固定。開挖至標高后及時安裝板錨支護以約束土體，控制地鐵隧道的隆起位移。采用如上土體加固措施后，既有地鐵隧道豎向位移最大值約為2.5mm，水平位移為0.7mm。

2.2 隧道結(jié)構(gòu)加固措施

第一，隧道周邊注漿加固。對隧道周邊土體進行注漿，增大隧道周邊土體的強度和剛度，提高土層地基基床系數(shù)，改善隧道結(jié)構(gòu)與周圍土體的接觸特性，從而增大隧道的縱向剛度。如有研究表明，當隧道周邊砂層加固體水灰比為0.6時，深基坑開挖引起的隧道豎向位移減小9.9mm，減小了28.1%;當隧道周邊砂層加固體水灰比為1.2時，深基坑開挖引起的隧道豎向位移減小5.2mm，減小了14.8%。

第二，隧道管片加固。內(nèi)貼鋼板加固法是在隧道內(nèi)側(cè)粘貼鋼板，利用鋼板和管片間填充高粘結(jié)能力、高強度的膠結(jié)材料及膨脹螺栓，使鋼板和管片成為整體以提高結(jié)構(gòu)剛度，抵抗結(jié)構(gòu)變形。如有研究表明，當隧道內(nèi)側(cè)加固鋼板厚度為20mm時，深基坑開挖引起的隧道豎向位移減小9.5mm，減小了27.0%;當隧道內(nèi)側(cè)加固鋼板厚度為50mm時，深基坑開挖引起的隧道豎向位移減小13.3mm，減小了37.8%。

2.3 施工過程監(jiān)測

自動化監(jiān)測技術(shù)可以實時動態(tài)掌握深基坑開挖引起的地鐵隧道變形，以便采取針對性預防措施，及時消除影響地鐵隧道安全的隱患，切實做到動態(tài)施工。監(jiān)控中心服務器統(tǒng)一管理多臺功控計算機，每臺計算機通過供電與通訊系統(tǒng)控制一臺自動全站儀，自動全站儀能自動搜索、跟蹤、識別和精確照準目標，獲取距離、角度、坐標和影像等信息，自動完成對監(jiān)測斷面的變形觀測。

在布置及使用自動化監(jiān)測系統(tǒng)時，需要遵循如下原則：以地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測為主，選取反映地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體或局部變形和重要結(jié)構(gòu)部位設置監(jiān)測點，布置監(jiān)測儀器設備，構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)（施工期間，監(jiān)測系統(tǒng)對地鐵隧道結(jié)構(gòu)在水平方向及垂直沉降方向的變形變位值進行自動測量）;監(jiān)測系統(tǒng)同時配備專業(yè)系統(tǒng)維護人員及監(jiān)測工程技術(shù)人員，以確保系統(tǒng)正常運行和及時提供信息;監(jiān)測精度必須控制到位，水平位移、變形及沉降監(jiān)測需要滿足二級變形測量的精度要求（優(yōu)于1mm精度），每一個監(jiān)測點每次測量不少于2測回，監(jiān)測頻率根據(jù)基坑施工深度確定，根據(jù)施工對地鐵隧道的影響減小或增加頻度;當監(jiān)測到地鐵隧道結(jié)構(gòu)突然發(fā)生較大量的變形和不均勻變形，立即通知監(jiān)理、施工及設計等單位，加密監(jiān)測周期，采取措施防止地鐵隧道變形破壞。

結(jié)語：

深基坑開挖勢必會引起周圍土體和地鐵隧道的位移變形，因此在實際工程中，要事先做好變形預測，盡量使施工荷載遠離隧道并控制隧道與基坑的高差，規(guī)范好地鐵的最小覆土深度。

參考文獻：

[1]侍虎.淺談深基坑開挖對臨近地鐵隧道影響[J].中國科技縱橫，2019，000（008）：109-110.

[2]劉探梅，李玎.基坑開挖引起下部地鐵隧道變形的有效控制分析[J].工程技術(shù)研究，2019（9）：36-36.

作者簡介：

芮開虎（1986.04.30），男，大學本科，江蘇南京，工程師，研究方向為巖土工程。