基坑开挖对邻近地铁隧道结构的影响规律分析

基坑开挖对邻近地铁隧道结构的影响规律分析常曼，陆航（南京市地铁交通设施保护办公室，江苏南京2 1 00 1 2）摘要：目前对于基坑开挖施工作业对地铁隧道结构的影响往往基于单个工程案例及以往案 例的总结，临近距离、地层土质情况、开

度等 结构的 规律 明确。保护区内某基坑项目为例，采用

元 ！

基坑与 路的距离、基邻坑开挖深度、 件等

规律。下的 结构位移、变形情况，全面总结基坑开

结构的

关键词：地铁保护区%基坑开挖;有限元分析;隧道位移;隧道变形中图分类号：U459. 9 文献标识码：A DOI： 1 0. 1 3282/j. cnki. wccst. 20 1 9. 1 0. 028 文章编号：：673 - 4874（20 1 9）） 0-0096 - 050引言，地铁等地下设施的建设在我国各大城市相继开展。由于 都 于繁华市区，周围高 ，其存在是市区其它工程 可 的因素。因此，有必要就工程的施工对已存在

的 作 的 。国内外在此方面的研究 先例，文献'冲刘晨和张季超研究了基坑开挖对下方

紧邻地铁的基坑 验进行了总结。但是,」 的；文献［2］中李 和王基于单一的外部情况，没有对各种施工条件下的土层位移进行比较和总结。 工为例！

保护区内某基坑工程的施的影响，并采用

工况、不同土层下基坑开 元软件模拟分的参考价值。土层的位移状况，与现场实测状况作比较， 工程的施工

1研究背景及意义，在 保护区内频发地铁结构安全事件，牛 圳市去年连续发生几工击穿 构结构事件！ 保护区内的施工加强监管。在各类型外界工作业中！

结构 最大的要属基坑施工。基坑土方开

结构

，土体卸荷可 方案！

的坑后土体位移,对邻近基坑的 件、开 度以及与周围

势必产生较大 &根（构）筑物的位置 等实际条件，优化基坑开规律，尚未后 基坑开挖造

工

结构位移及变形&结构变形及位移产生的

目前，不同工况的基坑开

，

的量化标准&

基坑与 保护区内某基坑项目为原型，采用 元路的距 、基坑开 度、 件等 下的结构的 规律。道结构位移、变形情况，全面总结基坑开 邻

作者简介:常曼（987—）,工程师，从事地铁交通设施保护研究工作;

陆航（98 1 —）,1程师,从事地铁交通设施保护研究工作。96西部交通科技Western ChinaCommunications Scienee & Technology基 近 隧结构的 规 ! ，陆2南京地铁保护区内某基坑项目概况二号线保护区内某基坑项S ,由于面

积较大、开 度深，为控制基坑开

程中 二号 构 的影响，确保 结构全，将该工程分为I区、$区、\"区和#区基坑进 行 、错时开挖。由于该区段盾构 在I区基坑和\"区基坑中间，且距 ，综合考虑该区域

粉砂黏土易沉降的

，安排I区和$区基坑先进行开挖，\"区和#区基坑在I区基坑开挖 至坑底后 行开挖&工程与 位置 ：本基坑结构外边线距 二号线区间最小距离约为15.0 m，对应二号线 上下行线里程约为K3 + 428〜K3 + 855,长度为

427 m。与

$、\"区基坑坑底低于 :顶部2. 15〜4.25 m, $、#区基坑坑底低于 部0.65〜2. 75 m。基坑、隧道与土层位置 如图1

所示。+0.00 m图1基坑、隧道与土层位置关系图3基坑开挖有限元建模于该基坑项目实际尺寸较大, 用岩土工程 元 软件Plaxis8.2,仅选取距，铁隧道结构最近的西侧I区基坑为原型，对该项目的开

工进行建模，模拟 坑底长100m、基坑外侧深度为60 m的二维模型(如图2所示)。为简化模型,

基坑模型土层分为两层,上层为 粉质黏土层,下层为粉砂土层。对于基坑内的土体应考虑其塑性变形，选择采用Mohr-Coulomb弹塑性材料对土层进 行参 置。 在基坑中以弹材料设置地连墙

及四 为基坑支护结构，均采用Plate结构单元工程实际参。土层、基坑支护结构及 置& 结构 参 按照w--------------------------------------------------

II11淤泥质粉质黏土层® @H------

o' PII粉砂土层一持---------

图2基坑开挖影响既有隧道结构的二维数值模型图3. 1模型验证实际I区基坑开挖施工 间，提取I区基坑开

工期间 结构自 监 与 元拟 行 (见表1) &表1模拟数据与实测数据对比表数值名称水平位移垂直位移水平收敛

敛(mm)(mm)(mm)(mm)模拟数据17. 1-12. 513. 7-!2.5实测数据16. 5— 50. 1!5-17. 8两组 可知, 存在 差异，但总

体偏差量较小。其中垂直位移差异较大，应考虑实际

工过程中存在 的情况。 前 位、收敛变

图表，可以明确，模拟

与实际监变化趋势。由此可知，基本工况模型计算

的

结构位移、变形等 研究结论,对实际工程 参考和指导意义的。3. 2

基坑开挖工况于 处的土层为 粉质黏土,隧道下的

为粉细砂 ，重 土层参数、基坑与结构的距 行变化,

工况下，基坑开工对邻 结构的 。以下列举了 31种工况进行 算,参数明 下页表2。基坑开 工况 行 ， 拟开程，计算 位移量、收敛量以及内力变化等

，为研究基坑开 工

结构位移及变形的

，提供所需相关数据。20 1 9年第1 0#总第1 47期97桥隧工程___________________________________________________________________________________________________

表2不同工况参数明细表计算工况1234567891 011234567892022223242526272829303基坑与隧道边缘 水平距离（m）50520305070555500005555202020203030303050505050隧道所处地层的摩尔-库伦参数模量E(MPa)0000000305843058430584305843058430584黏力c(kPa)0000000305203052030520305203052030520摩擦角＜pO5555555226272262722627226272262722627泊松比#0. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30. 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 3行 可知，在基坑开挖1〜4层时,隧道与土体位

4不同工况下基坑开挖对地铁隧道结构的 影响规律分析结构变形的

可分为整体位移和结构（A））

移量 ，向上和向右的力作用明显;基坑开挖5〜

1 0 , 土体位移变化量较大，隧道位移变化量平稳增；基坑开挖至1 1 小,！ 发生位移&，土体位移变化量开始减变两部分！ 型可

平直径右端点（B）、水平直

）4 监

（C）、&其端点（D）（如图3所A 行结构变形情况进行

B 行

中，水平位

A、C点距

，垂直位 行 ,

，水平收敛取B、D点距

行分析。敛取图4基坑开挖至底部位移矢量图通过对四个监测点的数值进行分析可知,该模型 在进行基坑 开 ，由于

右侧基坑的土体不载,产生土体隆起。由于盾构 位于该基坑左 下方，隧道结构受

图3设置隧道监测点示意图和向右的土压力产生向右水平位移及向下垂直沉降&在 程中水平位移、垂直位移、水平收敛）

开 敛、弯矩4. 1基坑开挖分步分析的 增加，可 的位移和变 与开挖通过对各层开挖后的位移矢量图（如图4所示）度 &98西部交通科技Western ChinaCommunications Science & Technology基 近 隧结构的 规 ! ，陆4.2不同基坑与隧道结构水平距离，对隧道结 敛、弯矩的变化。基坑与 结构距离越远，隧道 位移、收敛和弯矩的变化越小,隧道总体产生水平向 右位移，垂直沉降，水平 和 变&，呈横椭圆构的影响分析工况1至工况7（参

表2）进行模拟基坑开 算！ 基坑与 结构的水平距离,结构产生水平位移、垂直位移、水平收敛、竖向

收敛的影响（如图5所示）。4.3基坑开挖对不同地质条件下隧道结构的影

响分析工况8至工况31 （参

拟开 算, 参数（见表3）。

处 土

表2）进行基坑的土 为4种不同件中，基坑开 工规律。—■—5 m—•—10 m—5 m—m ・ 30 m • 50 m--- 0 m(a)■ 5 m * 10 m * 15 m >< 20 m *-30 m—•—50 in - 70（b）结构位移、变形的

隧道水平位移变化隧道垂宜位移变化表3隧道所处地层的土质参数明细表图5隧道位移、收敛变化图四个监 的 ，分析开

（如图 6〜9 ）结构水图5可知，基坑开挖与 结构水平距离的远平位移量、垂直位移、水平收敛、 敛的 ］。

， 直 平位 、 垂直位 、 平 敛、开挖深度（m）土质1 土质 2®*—土质 3 土质4（a）距离5 m开挖深度（m）” _L1 f-质土质2-*-土质3^^土质4（d）距离20m开挖深度（m）士质2 ^^^土 （e）距离30m图7隧道垂直位移变化曲线图(f)距离50m20 1 9年第1 0期总第1 47期 99桥隧工程___________________________________________________________________________________________________

开挖深度(m)土质 土质 2f*土质 I■土质 4(a )距离5 m开挖深度(m)土质1 ■ 土质2 ■輯—土质3 • 土质4(b)距离10mT—土质 ►■土质2 土质3—*—土质4(c)距离15m开挖深度(m)开挖深度(m)土质］土质 2T—土质 3 土质 4(d )距离20 m开挖深度(m)土质1 土质2— 土质3—土质4(e)距离30mT—土质1 M 土质2 土质3—•—土质4(f)距离50m开挖深度(m)图8隧道水平收敛变化曲线图开挖深度(m)—■—土质I\"\"*\"•土质2 土质I— 土质4(a)距离5mT—土质IT—土质 2 土质3 f-土质4(b)距离10m开挖深度(m)T-土质1—*—土质 2 土质3

(c)距离15m质 4(d )距离20 m (e)距离30 m (f)距离50 m图9隧道垂直收敛变化曲线图图6〜9可知!

异！

处 的土质参数的差&当隧结构的变形及位

5结语保护区内某基坑工程项目为例，

用岩土工程有限元软件，对31种 工况分类，详细探讨基坑分步开挖、基坑与 结构距离、处地层的土 —步明确软土 基坑开挖施工

元模型

处土质的弹 量、粘聚力、内摩擦角越大时,隧道位、收敛及弯矩变化都较小。随着基坑开 态发生 平 ) 的承载力，参 工

度的增，隧道总体 平向右、垂直下沉的位移趋势，隧道

敛的横椭圆变形趋势。土质的弹 量、粘聚力、内摩擦角等参数，决 土结构安全的

保护区内，近距离、开 结构造

，进越大，土 载力越大，基坑开挖的&通过结果的 就会

就越小。 基坑与 结构变形产大的安全

结构距 远时，土质参数的大小

行分析，得出如下结论：生的 &(下转第1 69页)100西部交通科技Western ChinaCommunications Science & Technology“主路型”快速路与周 路的 衔接 式研究/邱 乾，黄 婷有较为重要的现实意义。够参考文献[1 ]晏 秋.城市快速路衔接问题系统研究[D(地都:西南交

大学,2012.[2(

城市 路与常规路网衔接区域信号控制方法大学,研究[D(北京:北 2011[3]李量.内环高 [4(吉娜.华

路改城市快速路设计要点研究[C(会

科技与管理学术

，2012 .车[J(广东交通,2009,141(3)：23 .[5] 吕圣华.城市快速路与常规道路衔接段空间优化设计图1 0五象新区“高改快\"平行道路与相交道路衔接方案示意图[J].重庆

大学学报(自然科学版)，2010,29(5)：750—753[6] 张海军，杨晓光,赵建新.城市快速路交通衔接组织研究

[J(城市交通,2005(1)：51—54.3结语“主路型”快速路为研究对象，提出与周边

[7] 邓

城市 大学路与常规道路衔接问题研究[D].广安：,2004.[S].路的衔 式，完善了城市 路在 衔接方面

[8] GB50647 — 2011，城市道路交叉口规划规范[S].[9] CJJ129 —2009,城市

路设计规程的 理论研究, 市五象新区“高”为案衔

例进行 ，验证了“主路型”快速路

城市类似实践

式的收稿日期= 2019- 07- 10可行性，为 的参考，具(上接第1 00页)析地下空间与工程学报,2010(10);104 — 111紧邻

(1) 随着基坑开挖深度的不断增加，当基坑开挖度 部埋 ，隧道结构位移、变形量[2] 李, [3] 梁超地

区间隧道深基坑工程的设计和实践铁道工程学报,2011(11);104—111.在上部基坑开挖中的稳定性受基坑开 部埋

工 小；当基坑开 度构

，隧道结构位移、变形量受基坑开

度超

工

工减小。研究[D].南京:南京理工大学,20 1 2.[4] 张冬梅，徐中华,沈水龙，等.城市软土基坑与

邻(构)

变大；当基坑开 中心埋 ，隧工程对结构位移、变形量受基坑开

(2) 基坑与 结构距

与控制技术指南[M].北京：中道结构位移、变形量

，基坑开 •隧大，随着基坑与 结构结构位移、变形国建筑工业出版社,2016.[5] 徐树亮.地铁保护区内外界工程施工的安全管理[J].都市

，2009(8):67—69.距离的 增大, 随之减小。当基坑与 结

[6] 张书丰，朱玉权,沈晓伟.长江漫滩地区深基坑施工对盾构

( ): 构距离50 m左右时,基坑开 量 很小。(3) )

及 保护研究[J]地

的

，2017,37[处土质的弹 量、黏聚力、内摩擦角越大时，隧道位移、收敛变化都较小。 之下，在粉质黏土地质中的 结构极易受到邻近基坑246—!254.[7] 易 . 基坑开

0:

紧邻

D].理工大学 20!7.[8] 梁超地

构 在上部基坑开挖中的稳定性工的影响,在施工 在实际施工时, 控制施工过程中

结构实施监测十分重要。结构实施高频次监测来造成的 &研究[D].南京:南京理工大学,2012.收稿日期= 2019- 07- 05参考文献⑴刘晨,张季超.基坑开挖对下方地铁隧道结构影响的分20 1 9年第0期总第47期1 69