地鐵隧道旁側(cè)深基坑圍護(hù)方案探討

依托紹興地區(qū)亞運城市提升鏡水路綜合管廊工程某深基坑開挖實例，借助Midas NX 軟件建立三維有限元模型進(jìn)行分析，比選了不同盾構(gòu)井圍護(hù)方案下基坑開挖對旁側(cè)地鐵隧道的變形影響，通過方案優(yōu)化比選，開挖前實施基坑端頭延伸加固的方案，施工工期短、造價低，且地鐵隧道變形可控，予以推薦。

地鐵； 隧道； 深基坑； 圍護(hù)方案

94+2A

［定稿日期］2023-06-19

［作者簡介］王安（1993—），男，碩士，工程師，研究方向為巖土工程。

0 引言

城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，市政工程地下開發(fā)往往受制于周邊建構(gòu)筑物影響，城市地下空間用地趨近緊張，對市政空間的綜合開發(fā)提出了較高的控制要求。尤其針對已運營的軌道交通地下盾構(gòu)隧道，整體抗變形能力較差，周邊地下空間開發(fā)變形控制要求相對較高。

紹興地區(qū)位于杭州灣南岸，寧紹平原西部，紹興北部大部屬湖沼相沉積平原地貌單元地層，分布海相沉積的深厚淤泥質(zhì)軟土層，具有含水量大、高壓縮性、流塑等特點。地下空間開挖對土層的應(yīng)力重分布，基坑變形大，易導(dǎo)致臨近運營地鐵隧道不斷產(chǎn)生變形和位移，影響地鐵運營安全。基于以上，學(xué)者開展了廣泛的研究與實踐［1］。目前相關(guān)研究主要基于數(shù)值模擬、現(xiàn)場施工、現(xiàn)場監(jiān)測等方面進(jìn)行研究，主要集中于基坑工程深度位于地鐵隧道以上工程，鮮有深厚淤泥質(zhì)軟土地層工況下，開挖深度位于區(qū)間隧道以下的基坑研究分析。本文將依托紹興地區(qū)亞運城市提升鏡水路綜合管廊工程某盾構(gòu)井深基坑開挖工程實例，借助Midas NX軟件建立三維有限元模型進(jìn)行分析，比選不同圍護(hù)方案下地鐵隧道的變形影響。

1 工程概況

亞運城市提升鏡水路綜合管廊工程沿鏡水路和群賢路布置，北起錢陶公路，南至群賢路以南，東至群賢路與大越路交叉口西側(cè)，管廊全長約4.2 km。大南江以南，地鐵保護(hù)區(qū)施工內(nèi)容為7#盾構(gòu)井開挖及頂管施工。其中7#盾構(gòu)井基坑尺寸為30 m×10 m，開挖深度為20.2 m，結(jié)合頂管施工需施加三軸攪拌樁端頭加固及MJS上跨區(qū)間加固。紹興地鐵1號線運營地鐵區(qū)間隧道為雙線，內(nèi)徑5.9 m，外徑6.7 m，基坑前后50 m范圍內(nèi)高程為埋深約12.8 m，與基坑凈距為24.0 m，相互關(guān)系如圖1、圖2所示。因7#井位于深厚淤泥質(zhì)軟土地層，開挖深度超過20 m，通過調(diào)查原臨近地鐵車站施工數(shù)據(jù)，車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)實際變形值超過100 mm，因此需對7#盾構(gòu)井基坑圍護(hù)方案進(jìn)行重點研究，以降低基坑開挖對地鐵運營的影響。

根據(jù)DB 133/T1139-2017《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程》附表表B.0.1-c［1］，本工程中區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)安全狀況屬于Ⅲ 類，基坑深度大于20 m，距離15～25 m，保護(hù)等級為A級，基坑開挖時隧道結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值主要為水平位移小于14 mm，豎向位移小于15 mm。

場地土自上而下依次為①2素填土、③1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥2粉質(zhì)黏土、⑥4粉質(zhì)黏土、⑦4粉質(zhì)黏土、⑧1粉砂，基坑開挖范圍內(nèi)為深厚的③1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，各土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。原初步設(shè)計采用1 000 mm厚度地下連續(xù)墻+2道混凝土支撐+4道鋼支撐；端頭加固為三軸攪拌樁加固，寬度為6 m，深度10 m；MJS上跨區(qū)間加固深度為地表以下2～10 m，寬度為28 m，加固參數(shù)均為水泥摻量25%，單軸抗壓強(qiáng)度大于1 MPa。

2 初步設(shè)計方案研究分析

按照原初步設(shè)計方案，逐步開挖基坑施加支護(hù)結(jié)構(gòu)，為此建立三維模型分析基坑開挖對地鐵隧道的影響。

2.1 模型建立

本文采用GTS NX 有限元分析軟件，模擬分析基坑開挖對地鐵隧道的影響，如圖3所示，模型尺寸為尺寸長×寬×高=500 m×330 m×60 m，側(cè)面邊界限制水平位移，底面邊界同時限制豎向位移，頂面邊界不限制位移。

2.2 模型參數(shù)

土體參數(shù)選取地勘報告建議值，土體材料選用修正摩爾-庫倫模型，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選用線彈性模型。各支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表2。

2.3 工況模擬

基坑開挖模擬步序表3所示。

2.4 計算結(jié)果

按照初步設(shè)計方案依次開挖，左線隧道最大豎向位移8.4 mm，最大水平位移18.9 mm，右線隧道最大豎向位移7.7 mm，最大水平位移16.5 mm，部分水平指標(biāo)超過控制值14 mm，不滿足要求，需加強(qiáng)基坑圍護(hù)措施，控制對區(qū)間隧道變形的影響。

3 支護(hù)優(yōu)化方案研究

3.1 方案一：延伸端頭地基加固

由圖2及前述計算可知，原三軸攪拌樁端頭加固深度10 m對控制地鐵區(qū)間變形作用較小，為控制基坑開挖對區(qū)間隧道變形的影響，結(jié)合原端頭加固實施，延伸加固深度至25 m，且提前于基坑開挖前實施，如圖4所示。

經(jīng)模擬計算，該方案下，左線隧道最大豎向位移7.3 mm，最大水平位移13.5 mm，右線隧道最大豎向位移6.7 mm，最大水平位移11.9 mm，滿足控制值要求。

3.2 方案二：增加地下連續(xù)墻厚度

根據(jù)前述計算可知，原初步設(shè)計圍護(hù)方案地墻1 m，區(qū)間變形不滿足要求。故方案二考慮增強(qiáng)地下連續(xù)墻剛度，調(diào)整地下連續(xù)墻厚度為1.2 m。經(jīng)模擬計算，該方案下，左線隧道最大豎向位移7.1 mm，最大水平位移13.1 mm，右線隧道最大豎向位移6.5 mm，最大水平位移11.6 mm，滿足控制值要求。

3.3 方案三：增設(shè)地鐵隧道MJS門式加固

由圖2及前述計算可知，原上跨區(qū)間MJS加固對控制地鐵隧道側(cè)向變形作用較小，為控制基坑開挖對地鐵隧道變形的影響，結(jié)合原上跨地鐵隧道MJS加固，增設(shè)MJS門式加固，加固寬度為3 m，加固深度至區(qū)間以下2 m，且提前于基坑開挖前實施，如圖5所示。

經(jīng)模擬計算，該方案下，左線隧道最大豎向位移6.7 mm，最大水平位移12.4 mm，右線隧道最大豎向位移6.2 mm，最大水平位移11.1 mm，滿足控制值要求。

3.4 方案比選

對上述方案的綜合比選如表4所示，考慮到方案二工程造價增幅較大，方案三前期協(xié)調(diào)及工期影響難度較大，結(jié)合對地鐵隧道施工影響小，變形可控的原則，本工程推薦方案一。

4 結(jié)束語

本文依托紹興亞運城市提升鏡水路綜合管廊盾構(gòu)井基坑

開挖工程，建立有限元模型，研究了深厚淤泥質(zhì)軟土地質(zhì)條件下旁側(cè)基坑開挖卸載對地鐵隧道的影響，得出結(jié)論如下：

（1）原初步方案水平位移超過控制值14 mm，不滿足規(guī)范要求，應(yīng)采取措施加強(qiáng)對地鐵隧道的保護(hù)。

（2）基坑深度大于區(qū)間底的工況下，旁側(cè)基坑開挖時，區(qū)間隧道水平位移顯著大于豎向位移，地鐵監(jiān)測應(yīng)著重加強(qiáng)對水平位移的觀測。

（3）結(jié)合工程籌劃及方案比選，提前施工端頭延伸加固可有效減小基坑開挖對地鐵隧道的影響，且施工工期短、造價低，予以推薦。

參考文獻(xiàn)

［1］ 城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程： DB33/T1139-2017［S］.

［2］ 王景山. 明挖基坑開挖卸荷對運營地鐵隧道隆起變形影響研究［J］. 路基工程，2020 （6）：151-156.

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［4］ 散騫騫， 王長丹， 周瑜亮. 基坑開挖對鄰近地鐵隧道管片變形的影響規(guī)律［J］. 城市軌道交通研究，2022， 131（8）：122-125.

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［6］ 城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范： CJJ/T 202-2013［S］.