臨近地鐵隧道的深基坑開挖研究

林曉中

（廣東裕達(dá)建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

伴隨城市建設(shè)持續(xù)發(fā)展，為更為合理地利用有限的城市空間，臨近于地鐵隧道線路開展建筑項(xiàng)目工程施工建設(shè)情況逐漸增多。那么，在實(shí)施開挖基坑作業(yè)期間，既有的地鐵隧道極易有位移、管片開裂、上浮、內(nèi)力變化、變形等問題現(xiàn)象發(fā)生。地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間往往對(duì)軌道有著極高平整度層面要求，需對(duì)地鐵隧道總體結(jié)構(gòu)變形加以把控。故而，圍繞基坑開挖作業(yè)期間對(duì)于周邊地鐵隧道所產(chǎn)生影響實(shí)施精準(zhǔn)評(píng)價(jià)分析，選定最適宜臨近于地鐵隧道位置開挖深基坑作業(yè)方案較為必要且重要。本文主要圍繞臨近于地鐵隧道位置開挖深基坑作業(yè)開展深入研究。

1 工況

某工程項(xiàng)目?jī)?nèi)含38層高度辦公樓、會(huì)所和商業(yè)樓均各三層，該建筑與地鐵二號(hào)線隧道外側(cè)線距離3.8m，基坑總體占地面積是4400m2、其隧道頂部埋深是-12.70m、9.2m開挖深度，從屬深基坑項(xiàng)目工程，該建筑基礎(chǔ)為鉆孔的灌注樁和厚承臺(tái)板。該項(xiàng)目工程施工區(qū)域內(nèi)土體結(jié)構(gòu)自下而上分別是：

（1）黏土。3.00~5.60m層厚、中高壓縮性、飽和軟塑、地下水位處于地面0.5m位置。

（2）灰和淤泥質(zhì)地黏土。7.40~10.0m層厚、夾帶薄層粉砂、中壓塑性、流塑。

（3）灰色淤泥質(zhì)地粉質(zhì)黏土。2.55~5.60m層厚、夾帶粉砂薄層、中高壓縮性、飽和。

（4）黏土。0.5~2.1m層厚、內(nèi)含鐵錳結(jié)核與云母。

（5）雜填土。1.00~3.40m層厚，內(nèi)含素填土、石子、夾碎磚等。工程項(xiàng)目施工位置地鐵隧道地處較大流變性、低強(qiáng)度性、高壓縮性、高含水量飽和性的軟黏土層內(nèi)，必將容易因臨近開挖深基坑作業(yè)所致周邊的土層出現(xiàn)位移問題。施工作業(yè)工藝及其參數(shù)層面，初選先中間再周邊盆挖土手段，實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分層、分塊、限時(shí)、平衡、對(duì)稱等挖土支撐。在基坑圍護(hù)部分，選用18m深地下部分連續(xù)墻，鋼混壓頂式圈梁墻頂應(yīng)設(shè)于墻頂部位置，對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)整體性可起到增強(qiáng)作用。基底以下部分借助水泥的攪拌樁予以滿堂加固處理，地鐵隧道的側(cè)向位置加固10m寬度，摻入15%水泥，基底以上則是8%；針對(duì)地墻和深層的攪拌樁所在加固區(qū)縫隙位置予以壓密注漿處理。因基坑深度是9m，所以水平支撐需設(shè)兩道。

2 工程實(shí)踐

雖現(xiàn)階段對(duì)隧道變形層面有著嚴(yán)格要求，其結(jié)構(gòu)絕對(duì)性最大位移需把控至20mm范圍，變形曲線實(shí)際曲率半徑需超過15000m，實(shí)際相對(duì)彎曲限定于1/2500范圍。為確保地鐵維持正常的運(yùn)行狀態(tài)，需認(rèn)真分析臨近隧道基坑施工作業(yè)方案，結(jié)合基坑開挖具體實(shí)施過程，實(shí)施工況簡(jiǎn)化處理及有限元運(yùn)算模擬分析。第一種工況是加固坑底部土體；第二種工況是實(shí)施首層土體開挖，加固首道的鋼支撐；第三種工況是實(shí)施第二層的土體開挖作業(yè)；第四種工況是實(shí)施第三層的土體開挖作業(yè)；加固第二道的鋼支撐；第五種工況是實(shí)施坑底部土體開挖作業(yè)，并及時(shí)落實(shí)底板及墊層作業(yè)[1]。以上這幾種工況均涉及開挖作業(yè)、加固土體、底板作業(yè)，因而，以有限元Plaxis系統(tǒng)軟件實(shí)施建模分析，結(jié)合實(shí)際工況實(shí)施運(yùn)算分析，坑底部土體加固深度以4m為宜，底板位置則以1.5m為宜。

2.1 在有限元的彈塑性層面

Mohr-Coulomb基礎(chǔ)模式，從屬土力學(xué)當(dāng)中雙參數(shù)常用模型，十分精確且簡(jiǎn)單，在土體的運(yùn)算分析當(dāng)中廣泛應(yīng)用。結(jié)合Mohr-Coulomb基礎(chǔ)模式，針對(duì)土體破壞能夠借助如下列式加以把控：τ=c+tanφ。在該列式當(dāng)中，φ代表摩擦角、c代表黏聚力。該列式表明了土體平面當(dāng)中抗剪強(qiáng)度由平面內(nèi)部某個(gè)點(diǎn)正向應(yīng)力所決定。針對(duì)線彈體性，其應(yīng)力和應(yīng)變的增量是{Δσ}=[De]{Δε}；針對(duì)彈塑性體列式即為{Δσ}=[Dep]{Δε}。

2.2 在土體位移層面

基坑開挖予以卸載處理過后，因擋墻后部分土體存在著是問現(xiàn)象，有新位移出場(chǎng)形成，以至于地鐵隧道極易有位移現(xiàn)象發(fā)生。土體變形通常是豎向變形，基坑底部為豎向的變形量最大參值，土體變形實(shí)際影響范圍大致是2倍的基坑深度[2]。土體的水平方向上面呈小變形量狀態(tài)，基坑底部和隧道中間位置土體為最大參值，擋墻后部分土體產(chǎn)生較大水平位移。

2.3 在變形和受力層面

經(jīng)分析了解不同工況環(huán)境之下的隧道變形具體情況，縱向坐標(biāo)負(fù)值代表著隧道向下位置移動(dòng)，而正值代表隧道向上位置移動(dòng)。有限元科學(xué)分析結(jié)果與工況后段實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)際情況相吻合，表明了實(shí)施有限元的分析方法對(duì)隧道變形加以分析極具可行性、有效性。在前兩個(gè)不同工況之下，實(shí)際所測(cè)得新書數(shù)據(jù)和具體分析結(jié)果存在著差異性，這主要因前面兩個(gè)工況之下實(shí)施有限元的分析期間，認(rèn)為已經(jīng)完成基坑底部位置土體加固處理，基坑水位逐漸降到基坑的底部位置，這一過程中少量土體開挖，開挖卸荷作用未能占據(jù)主導(dǎo)地位。故基坑周邊土體會(huì)有向下較大位移場(chǎng)產(chǎn)生，帶動(dòng)著隧道逐步向下移動(dòng)，以至于最終實(shí)施運(yùn)算分析期間，有限元負(fù)值計(jì)算結(jié)果及其實(shí)測(cè)信息數(shù)據(jù)均表明了：隧道變形小于20mm，可滿足于隧道變形層面要求；不同工況之下施工作業(yè)節(jié)點(diǎn)，其基坑底部的土體上浮實(shí)際變形最大參值往往不同。經(jīng)分析縱向坐標(biāo)的正負(fù)定義可了解到，前面兩個(gè)工況環(huán)境之下，其基坑底部的土體加固及基坑降水均起到一定主導(dǎo)作用。因而，基坑底部位置最大土體變形是負(fù)值，伴隨開挖土層實(shí)際深度持續(xù)增加，所在土體自身卸荷作用隨之增強(qiáng)[3]。因而，基坑底部的土體會(huì)有大上抬現(xiàn)象產(chǎn)生。通過分析基坑開挖不同階段擋墻自身所承受彎矩情況可了解到，伴隨開挖深度持續(xù)增長(zhǎng)，擋墻彎矩也呈急劇增長(zhǎng)狀態(tài)，實(shí)施第三層部分土體開挖和第二道支撐施加期間可達(dá)最大參值。基坑底部周邊擋墻彎矩處于開挖階段均處于最大狀態(tài)。

2.4 在對(duì)比不同施工手段下有限元的分析層面

地鐵臨近位置基坑施工作業(yè)，要求技術(shù)員務(wù)必時(shí)刻保持謹(jǐn)慎性的作業(yè)態(tài)度，做好多種作業(yè)方案的比較分析工作。以第一種作業(yè)方案為基礎(chǔ)，借助有限元的分析方法，針對(duì)不同坑底部的加固處理深度（第二種方案）、不同開挖作業(yè)時(shí)間（第三種方案）對(duì)于隧道所產(chǎn)生影響實(shí)施細(xì)致分析。第二種方法之下，坑底部加固處理深度是6m，第三種方案是完成開挖作業(yè)，待24h之后實(shí)施下個(gè)開挖節(jié)點(diǎn)。經(jīng)不同作業(yè)施工方案之下各階段隧道變形情況細(xì)致分析可了解到，伴隨坑底加固出來實(shí)際深度持續(xù)增長(zhǎng)，基坑開挖作業(yè)對(duì)于隧道所產(chǎn)生上浮影響呈縮小趨勢(shì)，但增加其加固處理深度，在施工作業(yè)初期對(duì)隧道所產(chǎn)生下拉作用相對(duì)較大，一致于隧道向下位置發(fā)生變形。相對(duì)比第一種作業(yè)方案，第二種方案加固處理深度增加較少一些，各種工況之下變形和第一種方案相比明顯少；第三種方案變形曲線分析可了解到，其會(huì)促使基坑開挖作業(yè)對(duì)周邊隧道產(chǎn)生影響逐步減少，隧道所產(chǎn)生上浮變形得以降低，表明了開挖基坑作業(yè)期間需著重考慮到時(shí)間因素?？梢哉f，地鐵臨近位置開挖基坑，只要選定最具科學(xué)合理性施工作業(yè)方案，便可確保施工作業(yè)對(duì)于地鐵隧道所產(chǎn)生影響得以縮小，確保項(xiàng)目建設(shè)順利實(shí)施。

3 結(jié)語

綜上所述，本文為更好地分析臨近于地鐵隧道位置開挖深基坑作業(yè)，以某臨近于地鐵隧道的深基坑項(xiàng)目工程為實(shí)例，依照著實(shí)際工程項(xiàng)目施工作業(yè)程序，借助Mohr-Coulomb基礎(chǔ)彈塑性系統(tǒng)模型，通過有限元的彈塑性科學(xué)分析方法，對(duì)基坑開挖作業(yè)全過程實(shí)施有效模擬。從有限元最終結(jié)果當(dāng)中可了解到，分析結(jié)果表明，基坑開挖極大地影響著臨近的鐵路隧道。隧道位移實(shí)際運(yùn)算結(jié)果和實(shí)測(cè)信息數(shù)據(jù)相匹配，表明了這種有限元的分析方法可以數(shù)值計(jì)算形式在項(xiàng)目施工作業(yè)模擬分析當(dāng)中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，可對(duì)此類題實(shí)施有效性模擬分析，為項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)者、施工技術(shù)員門提供更具精準(zhǔn)度計(jì)算數(shù)據(jù)。經(jīng)對(duì)不同作業(yè)方案對(duì)于鐵路隧道所產(chǎn)生影響分析可了解到，基坑底部位置加固深度及其開挖作業(yè)過程中，時(shí)間層面因素對(duì)最終隧道變形有著極大影響，需廣大設(shè)計(jì)者、施工技術(shù)員們著重考慮到時(shí)間因素實(shí)施作業(yè)方案選定。總體上來說，選定科學(xué)合理、有效性的施工作業(yè)方案，則開挖基坑作業(yè)期間對(duì)于周邊地鐵隧道所產(chǎn)生各種影響均可得以縮小，可確保深基坑的開挖項(xiàng)目工程得以高效完成施工建設(shè)活動(dòng)。