軟土基坑被動(dòng)區(qū)加固對(duì)鄰近地鐵隧道的變形控制效果分析

太 俊,胡 科,程宗亮,王 磊,吳 剛,周永強(qiáng)

(1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,湖北 武漢 430015;2.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430071)

隨著中心城市地鐵軌道交通的逐步完善,在地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行基坑開(kāi)挖的情況愈發(fā)常見(jiàn),基坑開(kāi)挖施工勢(shì)必會(huì)對(duì)鄰近既有地鐵隧道造成一定影響,甚至導(dǎo)致地鐵隧道產(chǎn)生變形、滲漏等病害,威脅隧道結(jié)構(gòu)安全和正常運(yùn)營(yíng)。因此,對(duì)于鄰近地鐵隧道的深基坑工程,必須采取有效的變形控制手段以減輕基坑施工對(duì)地鐵隧道的影響,尤其是在深厚軟土地區(qū),受基坑開(kāi)挖卸荷以及施工擾動(dòng)的影響,會(huì)導(dǎo)致軟黏土的強(qiáng)度降低、變形增大,進(jìn)而對(duì)鄰近基坑的地鐵隧道造成更大的影響。

針對(duì)基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵隧道的影響,眾多學(xué)者采用不同研究方法開(kāi)展了一系列研究[1-8],而對(duì)于被動(dòng)區(qū)加固對(duì)鄰近地鐵隧道的變形控制效果方面的研究相對(duì)較少。王衛(wèi)東等[9]系統(tǒng)總結(jié)了軟土地層中鄰近隧道深基坑的變形控制設(shè)計(jì)方法,其中坑內(nèi)土體加固設(shè)計(jì)能夠明顯增大土體剛度,提高土體抗變形能力,從而減小基坑開(kāi)挖變形。胡琦等[10]通過(guò)對(duì)杭州地區(qū)典型軟粘土地基中深基坑工程案例的分析,研究了軟弱土地基中深基坑坑底加固方式對(duì)鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用,陳仁朋等[11]通過(guò)數(shù)值計(jì)算比較了基坑分塊開(kāi)挖、被動(dòng)區(qū)土體加固以及隔斷墻等措施對(duì)保護(hù)鄰近隧道的作用效果。曾婕等[12]就多種設(shè)計(jì)措施對(duì)臨近地鐵區(qū)間隧道位移控制的效果進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明采取坑內(nèi)、外土體加固措施在減小基坑開(kāi)挖導(dǎo)致的隧道位移方面效果明顯。以往的研究成果往往都只考慮了坑底以下被動(dòng)區(qū)加固的作用效果,而對(duì)于坑底以上被動(dòng)區(qū)加固的作用效果均忽略不計(jì),同時(shí)坑內(nèi)的工程樁也相當(dāng)于是對(duì)被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行了加固,完全不考慮工程樁對(duì)變形的影響也是不合理的。

結(jié)合武漢市某全地埋式污水處理廠深基坑工程,采用三維有限元軟件建立包含基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下箱體結(jié)構(gòu)、坑內(nèi)工程樁以及鄰近隧道的整體模型,模擬實(shí)際施工工況下基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近隧道的影響,并對(duì)比分析被動(dòng)區(qū)加固空樁部分、實(shí)樁部分以及工程樁的作用對(duì)地鐵隧道變形的控制效果,并與隧道的全過(guò)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證設(shè)計(jì)采取的變形控制措施的有效性。

1 工程背景

1.1 工程概況

武漢市某全地埋式污水處理廠的場(chǎng)地地貌單元屬長(zhǎng)江沖洪積Ⅱ級(jí)階地湖積區(qū),場(chǎng)區(qū)內(nèi)分布有厚層的第四系湖積相淤泥層及第四系河流沖積相的淤泥質(zhì)土層,軟土層層頂埋深4.0 m～7.3 m,厚度最大可達(dá)16 m,本項(xiàng)目基底大部分均位于該層軟土中。場(chǎng)地內(nèi)的碎石、角礫層中賦存有較為豐富的孔隙承壓水,該層地下水的賦存狀態(tài)與長(zhǎng)江水位及區(qū)域地下水位密切相關(guān),根據(jù)抽水試驗(yàn)成果,該層承壓水頭標(biāo)高在地面以下約6.0 m左右。

本工程的地下箱體基坑總開(kāi)挖面積約為17 000 m2,根據(jù)開(kāi)挖深度的不同將地下箱體基坑分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)兩部分,主箱體基坑(Ⅰ區(qū))開(kāi)挖深度為14.10 m～18.20 m,附屬構(gòu)筑物基坑(Ⅱ區(qū))開(kāi)挖深度為6.4 m～9.35 m,Ⅰ區(qū)主體結(jié)構(gòu)施工完成后再進(jìn)行Ⅱ區(qū)的基坑開(kāi)挖施工,基坑?xùn)|側(cè)為軌道交通16號(hào)線區(qū)間段,區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)與Ⅰ區(qū)基坑間最小凈距約為14.8 m,與Ⅱ區(qū)基坑間最小凈距約為11.8 m,隧道頂部埋深約17.9 m。地鐵區(qū)間段采用盾構(gòu)施工,盾構(gòu)線路分為左線和右線兩條,區(qū)間隧道外徑6.7 m,內(nèi)徑6 m,管片厚度350 mm,鄰近基坑處兩線之間的凈間距約23.8 m。基坑與隧道的平面位置關(guān)系詳見(jiàn)圖1。

Ⅰ區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1500@1700的鉆孔灌注樁+兩～三道混凝土內(nèi)支撐進(jìn)行支護(hù),鄰近地鐵隧道的角部區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚度1.2 m地下連續(xù)墻+兩道混凝土內(nèi)支撐進(jìn)行支護(hù),基坑被動(dòng)區(qū)采用三軸攪拌樁進(jìn)行裙邊加固,加固寬度8.25 m,加固范圍為地面以下4 m至坑底以下6.9 m,坑底以上水泥摻量為10%,坑底以下水泥摻量為20%。Ⅱ區(qū)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1200@1500鉆孔灌注樁+一道混凝土內(nèi)支撐進(jìn)行支護(hù),基坑被動(dòng)區(qū)采用三軸攪拌樁進(jìn)行滿堂加固,加固深度為坑底以下5.0 m,加固段水泥摻量為20%,基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與隧道關(guān)系剖面詳見(jiàn)圖2。

圖2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與隧道關(guān)系剖面圖(A-A'剖面)

1.2 監(jiān)測(cè)方案

隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括隧道道床豎向沉降、隧道豎向收斂、隧道拱頂沉降、隧道水平位移、隧道水平收斂5個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,左、右線隧道各布設(shè)22個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,監(jiān)測(cè)斷面的平面布置如圖3所示。每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置斷面如圖4所示。其中沉降變形正號(hào)表示隆起,負(fù)號(hào)表示沉降;水平位移正號(hào)表示隧道向基坑反方向偏移,負(fù)號(hào)表示隧道向基坑方向偏移,采用全站儀進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè),根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[13]的相關(guān)規(guī)定,監(jiān)測(cè)頻率按1次/d進(jìn)行。

圖3 隧道監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)平面圖

圖4 隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)斷面圖

2 有限元數(shù)值模型

2.1 模型建立

為評(píng)價(jià)基坑被動(dòng)區(qū)加固對(duì)鄰近既有隧道的變形控制效果,采用有限元軟件建立整體三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬,模型的平面范圍以基坑為中心,模型尺寸確定為:長(zhǎng)510 m×寬330 m×高70 m。根據(jù)場(chǎng)地地層特征,本工程中將地層從上到下概化為7層,對(duì)三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并對(duì)基坑及地鐵隧道周邊網(wǎng)格進(jìn)行局部加密,共劃分為376 639個(gè)單元、638 852個(gè)節(jié)點(diǎn),三維模型及網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖5所示,既有隧道及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型如圖6所示,地下箱體結(jié)構(gòu)及工程樁模型如圖7所示。

圖5 三維有限元整體模型

圖6 既有隧道及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型

圖7 地下箱體結(jié)構(gòu)及工程樁模型

2.2 模型參數(shù)及邊界條件

模型中支護(hù)排樁采用Plate板單元近似模擬,其板厚按照抗彎剛度等效的原則確定;地連墻、隧道襯砌、中板、頂板均采用Plate板單元模擬,結(jié)構(gòu)底板、結(jié)構(gòu)側(cè)墻采用實(shí)體單元模擬,內(nèi)支撐采用Beam梁?jiǎn)卧M,工程樁采用Embedded樁單元模擬。模型四周均采用固定邊界條件,頂面采用自由變形邊界,模型中考慮地面超載的影響。水力邊界設(shè)置為底部封閉不透水,模型四周邊界為定水頭邊界,水頭值為含水層初始水位值。

土體材料的本構(gòu)模型采用HS-small小應(yīng)變硬化模型,巖石的本構(gòu)模型采用摩爾-庫(kù)侖模型,土體的材料參數(shù)根據(jù)地勘報(bào)告提供的力學(xué)指標(biāo)結(jié)合模型手冊(cè)[14]及梁發(fā)云等[15]的研究成果進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)換算:

對(duì)于砂土:

(1)

對(duì)于軟土:

(2)

對(duì)于黏性土:

(3)

式中:E50ref為割線模量,kPa;Eoedref為切線模量,kPa;Eurref為卸荷重新加載模量,kPa。

剪切模量G0ref根據(jù)Hardin提出的經(jīng)驗(yàn)公式[16]計(jì)算:

G0ref=33(2.97-e0)/(1+e0)

(4)

式中:e0為土體初始孔隙比。

黏性土閾值剪切應(yīng)變?chǔ)?.7按下式計(jì)算(砂性土γ0.7一般取為0.0002):

γ0.7=0.0001+5×10-6Ip(OCR)0.3

(5)

式中:Ip為塑性指數(shù);OCR為超固結(jié)比。

各種巖土層的本構(gòu)模型參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 各巖土層模型參數(shù)表

水泥土采用摩爾-庫(kù)侖模型,模型參數(shù)可根據(jù)實(shí)測(cè)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu進(jìn)行換算[17],20%摻量的實(shí)樁部分和10%摻量的空樁部分的強(qiáng)度參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 強(qiáng)度參數(shù)表

隧道襯砌采用線彈性本構(gòu)模型,根據(jù)Lee等[18]的研究成果,考慮管片間接頭對(duì)隧道剛度的影響,隧道襯砌的彈性模量取C50混凝土模量值的75%,即E=0.75EC50=25.875 GPa,泊松比取為0.2。

2.3 有限元模型工況模擬

基坑的支護(hù)樁墻施工、內(nèi)支撐的施工及拆除、土體的分層開(kāi)挖、地下箱體結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程通過(guò)有限元軟件的“生死單元”功能來(lái)模擬,被動(dòng)區(qū)加固、CSM水泥攪拌墻則通過(guò)轉(zhuǎn)換材料參數(shù)來(lái)模擬,具體計(jì)算工況如表3所示。本文通過(guò)改變計(jì)算步3中的被動(dòng)區(qū)加固材料參數(shù)及工程樁的激活狀態(tài)來(lái)對(duì)比分析被動(dòng)區(qū)加固空樁、實(shí)樁以及工程樁對(duì)于隧道變形的控制效果。

表3 計(jì)算工況表

3 被動(dòng)區(qū)加固的作用效果分析

3.1 基坑自身變形情況

圖8為Ⅰ區(qū)基坑開(kāi)挖至基底時(shí)由數(shù)值模擬計(jì)算得到的變形云圖,Ⅰ區(qū)基坑鄰近隧道區(qū)間處的測(cè)斜管在不同開(kāi)挖階段對(duì)土體深層水平位移進(jìn)行了實(shí)測(cè),實(shí)測(cè)水平位移與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的對(duì)比曲線如圖9所示。

圖8 Ⅰ區(qū)基坑開(kāi)挖至基底圍護(hù)結(jié)構(gòu)總變形云圖

圖9 Ⅰ區(qū)基坑土體深層水平位移實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比

由圖8、圖9可知,隨著基坑開(kāi)挖的不斷進(jìn)行,地連墻的水平變形不斷增大,地連墻向坑內(nèi)產(chǎn)生“鼓肚型”變形,坑外土體深層水平位移最大值發(fā)生在坑底附近,通過(guò)有限元計(jì)算與實(shí)測(cè)得到的位移曲線進(jìn)行對(duì)比,兩者變化趨勢(shì)基本一致且數(shù)值吻合度較好,說(shuō)明本文采用的三維有限元計(jì)算模型及參數(shù)選取是較為合理的。

3.2 被動(dòng)區(qū)加固對(duì)隧道變形的影響分析

為了對(duì)比被動(dòng)區(qū)加固的空樁部分、實(shí)樁部分以及工程樁對(duì)基坑自身及臨近地鐵隧道變形的影響,在數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程中,首先建立不考慮被動(dòng)區(qū)加固及工程樁的計(jì)算模型,再以該計(jì)算模型為基準(zhǔn),分別建立僅考慮被動(dòng)區(qū)加固的空樁部分、實(shí)樁部分和工程樁部分的三種計(jì)算模型,最后建立被動(dòng)區(qū)加固空樁部分、實(shí)樁部分及工程樁均考慮的計(jì)算模型,將各計(jì)算模型的有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

表4為不同被動(dòng)區(qū)加固模型在Ⅰ區(qū)基坑開(kāi)挖至基底工況下地連墻的水平位移、豎向位移以及鄰近左線隧道的水平、豎向位移的計(jì)算值。計(jì)算結(jié)果由表4可以看出:被動(dòng)區(qū)加固空樁部分、實(shí)樁部分及工程樁對(duì)控制地連墻及隧道的水平位移均有一定的有利作用,隧道的水平位移與地連墻的水平位移呈正相關(guān)關(guān)系,考慮被動(dòng)區(qū)加固及工程樁作用后,隧道最大水平位移相較不采用控制措施情況下減小了49.6%,其中工程樁對(duì)控制地連墻及隧道的水平位移貢獻(xiàn)最大,原因主要是由于工程樁樁長(zhǎng)較長(zhǎng)且數(shù)量較多,大幅提升了被動(dòng)區(qū)土體的水平抗力。被動(dòng)區(qū)加固空樁部分、實(shí)樁部分及工程樁對(duì)地連墻及鄰近隧道豎向位移的控制效果差異較大,其中被動(dòng)區(qū)加固空樁部分對(duì)地連墻及隧道的豎向位移影響較小,而被動(dòng)區(qū)加固實(shí)樁和工程樁則增大了地連墻及隧道的豎向位移,隧道的豎向位移與地連墻的豎向位移呈正相關(guān)關(guān)系,這主要是因?yàn)榛娱_(kāi)挖卸載導(dǎo)致坑底以下土體隆起,被動(dòng)區(qū)加固實(shí)樁部分和工程樁均提高了坑底以下土體的剛度,雖然被動(dòng)區(qū)加固和工程樁抑制了坑底土體的隆起,但土體與地連墻間的相互作用力變大,使得地連墻整體上浮量增加,繼而帶動(dòng)鄰近隧道的豎向隆起量相應(yīng)增大。

表4 加固模型下圍護(hù)結(jié)構(gòu)及隧道變形計(jì)算值

結(jié)合數(shù)值模擬及實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移大小是影響鄰近隧道位移的直接因素,基坑開(kāi)挖過(guò)程中被動(dòng)區(qū)加固及工程樁對(duì)地鐵隧道變形的作用機(jī)制較為復(fù)雜,尤其是工程樁對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近隧道的變形影響非常顯著,在評(píng)估基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近隧道的影響時(shí)應(yīng)對(duì)工程樁的作用予以充分考慮。

3.3 鄰近隧道的變形計(jì)算與實(shí)測(cè)對(duì)比分析

圖10為Ⅰ區(qū)基坑開(kāi)挖至基底工況下鄰近隧道總位移云圖,從圖中可以看出靠近基坑較近的左線隧道變形要明顯大于離基坑較遠(yuǎn)的右線隧道。左線隧道的最大總變形為2.11 mm,右線隧道最大變形僅為0.98 mm,隧道最大變形發(fā)生在基坑?xùn)|北角ZD10監(jiān)測(cè)斷面附近,而不是與基坑凈距最小的ZD12斷面處,這是由于ZD12斷面鄰近基坑陰角部位,該處支護(hù)結(jié)構(gòu)位移相較基坑中部變形值較小,直接導(dǎo)致鄰近的隧道斷面處位移也相對(duì)較小,隧道變形沿縱向整體呈距離基坑近的區(qū)域變形大、兩側(cè)遠(yuǎn)離基坑逐漸減小的彎曲變形狀態(tài),基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近隧道的影響表現(xiàn)為斜向基坑方向的變形趨勢(shì)。

圖10 Ⅰ區(qū)基坑開(kāi)挖至基底工況隧道總位移云圖

地鐵左線隧道ZD10監(jiān)測(cè)斷面的水平位移隨時(shí)間的變化曲線如圖11所示,其中正值表示遠(yuǎn)離基坑方向,負(fù)值表示朝向基坑方向,從圖中可以看出隧道水平位移變化波動(dòng)較大,整體在-2.0 mm～+1.7 mm間浮動(dòng),基坑未開(kāi)挖前左線隧道已存在一定程度的水平位移,這與開(kāi)挖前的樁基及地連墻施工影響有一定相關(guān)性,在Ⅰ區(qū)基坑開(kāi)挖期間隧道左線水平位移變化較大且達(dá)到最大值,由朝向基坑方向移動(dòng)2.0 mm轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)離基坑方向移動(dòng)1.7 mm,這與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)出完全相反的趨勢(shì),分析原因可能是由于施工期間在基坑與隧道之間進(jìn)行了土方運(yùn)輸及地面堆載造成的,但隨著基坑土方開(kāi)挖卸載量的持續(xù)加大,基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)撓曲變形也逐漸增大,帶動(dòng)隧道轉(zhuǎn)為朝向基坑方向的變形,在進(jìn)入Ⅰ區(qū)地下箱體結(jié)構(gòu)的施工階段后,主體結(jié)構(gòu)豎向荷載隨著施工的進(jìn)行不斷增加,荷載通過(guò)結(jié)構(gòu)底板及樁基礎(chǔ)傳遞至基坑下部土體,對(duì)土體產(chǎn)生向外的“擠出”效應(yīng)從而使隧道向遠(yuǎn)離基坑方向移動(dòng),而內(nèi)支撐的拆除使支護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)的水平位移增大,又引起隧道朝向基坑方向移動(dòng),因此隧道水平方向位移在此階段仍有一定波動(dòng),而數(shù)值計(jì)算得到的隧道水平位移則相對(duì)穩(wěn)定,但其整體變化趨勢(shì)與實(shí)測(cè)值是基本一致的。在Ⅱ區(qū)基坑開(kāi)始開(kāi)挖施工后,隧道又開(kāi)始往遠(yuǎn)離基坑方向發(fā)生位移,這主要是由于Ⅱ區(qū)基坑的支護(hù)樁底與隧道標(biāo)高接近,該深度范圍內(nèi)土質(zhì)條件較差,且在內(nèi)支撐及被動(dòng)區(qū)加固的共同作用下,基坑開(kāi)挖導(dǎo)致支護(hù)樁底出現(xiàn)朝向坑外的轉(zhuǎn)動(dòng)變形,從而引起鄰近隧道向遠(yuǎn)離基坑方向移動(dòng),數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果很好的反映出了這一變形趨勢(shì)。

圖11 左線隧道斷面水平位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

地鐵隧道ZD10監(jiān)測(cè)斷面豎向位移隨時(shí)間的變化曲線如圖12所示,其中正值表示隆起,負(fù)值表示沉降。從圖中可以看出,地鐵左線隧道的豎向位移變化波動(dòng)較大,在-2.50 mm～+2.00 mm間浮動(dòng),基坑未開(kāi)挖前左線隧道已出現(xiàn)明顯的隆起變形,這與樁基及地連墻施工影響有一定相關(guān)性。由于隧道上部的地面荷載情況復(fù)雜,因此隧道豎向變形特征更為復(fù)雜多變。Ⅰ區(qū)基坑開(kāi)挖期間,隧道出現(xiàn)了一段時(shí)期明顯的沉降變形,這與施工期間在基坑與隧道之間進(jìn)行土方運(yùn)輸及地面堆載有關(guān),但隨著基坑土方開(kāi)挖卸載量的持續(xù)加大,隧道又逐漸轉(zhuǎn)為隆起變形,在進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)的施工階段后,隨著結(jié)構(gòu)荷載的不斷增加,抑制了隧道的隆起變形,引起隧道發(fā)生明顯的隆起回落,這與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的規(guī)律是基本一致的。Ⅱ區(qū)基坑開(kāi)始施工后,雖然Ⅱ區(qū)基坑開(kāi)挖深度較小,但其與隧道的凈距較小,其開(kāi)挖卸載亦使隧道產(chǎn)生了明顯的豎向隆起變形,數(shù)值模擬較好的反映了這一現(xiàn)象。由于有限元計(jì)算無(wú)法模擬地連墻施工過(guò)程中對(duì)土體的擾動(dòng)作用,且對(duì)于地面荷載的動(dòng)態(tài)變化情情況也難以準(zhǔn)確模擬,因此計(jì)算值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值之間存在一定差異,但對(duì)于鄰近隧道的整體變形趨勢(shì)預(yù)測(cè)效果較好。

圖12 左線隧道斷面豎向位移計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

針對(duì)既有地鐵隧道的變形控制要求,《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[19]中規(guī)定隧道結(jié)構(gòu)沉降控制值為3 mm～10 mm,隧道結(jié)構(gòu)上浮控制值5 mm,隧道結(jié)構(gòu)水平位移控制值3 mm～5 mm。

通過(guò)對(duì)鄰近既有隧道的自動(dòng)化監(jiān)測(cè),依托項(xiàng)目在基坑施工全過(guò)程中的隧道實(shí)測(cè)水平位移最大值為2.75 mm,隧道豎向位移最大值為2.75 mm,均可滿足規(guī)范對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形控制的要求,證明基坑設(shè)計(jì)所采取的位移控制措施是切實(shí)有效的。

4 結(jié) 論

依托武漢市某全地埋式污水處理廠深基坑工程,對(duì)項(xiàng)目中的基坑及鄰近地鐵區(qū)間隧道進(jìn)行了三維有限元建模,對(duì)比分析了被動(dòng)區(qū)加固空樁部分、實(shí)樁部分以及工程樁的作用對(duì)地鐵隧道變形的控制效果,并通過(guò)將方案的模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了有限元模擬及被動(dòng)區(qū)加固措施的合理性,最終得出如下主要結(jié)論:

(1) 被動(dòng)區(qū)加固實(shí)樁、空樁及工程樁均對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形有一定的控制作用,尤其是工程樁對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移控制具有顯著的影響,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移是影響鄰近隧道位移的直接因素。

(2) 數(shù)值計(jì)算在考慮被動(dòng)區(qū)加固及工程樁的作用后,隧道水平位移比不考慮被動(dòng)區(qū)加固及工程樁作用的情況下減小了49.6%,其中工程樁對(duì)隧道水平位移的控制效果貢獻(xiàn)最大。

(3) 被動(dòng)區(qū)加固空樁部分對(duì)地連墻及鄰近隧道的豎向位移影響較小,而被動(dòng)區(qū)加固實(shí)樁和工程樁雖抑制了坑底土體的隆起,但土體與地連墻間的相互作用力變大,從而增加了地連墻及鄰近隧道的豎向位移。

(4) 隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工階段、基坑開(kāi)挖階段以及主體結(jié)構(gòu)施工階段均會(huì)對(duì)已運(yùn)營(yíng)地鐵隧道產(chǎn)生影響,圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開(kāi)挖主要引起隧道產(chǎn)生朝向基坑方向的水平位移及豎向隆起變形,而主體結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有隧道的隆起具有明顯的抑制作用,各階段隧道變形量均能滿足變形控制要求,可見(jiàn)基坑設(shè)計(jì)所采取的位移控制措施是切實(shí)有效的。