附近基坑施工对原有地铁结构的影响研究

李慧中国中铁一局广州分公司

【摘要】目前随着城市地铁的建成通车，其沿线往往成为商业、住宅建筑等开发的黄金地带，也有了越来越多的基坑工程紧贴原有地铁结构进行施工。本文调查，研究附近地铁相关工程，探讨了附近基坑施工对原有地铁结构的影响。运用有限元分析方法对基坑的施工过程进行了三维模拟，结合监测数据，市地下空间不断建造和发展的过程中，越来越多出现的基坑紧贴既有地铁结构开挖的现象，分析了基坑开挖后土体位移场的变化，采用有限元分析方法对其进行了三维数值模拟，通过与实测数据对比分析，探索了附近基坑施工对既有地铁结构的影响。

【关键词】基坑施工；地铁结构；影响；数据；研究1.引言

国内外对地铁沿线紧贴建筑施工的问题已有了一些研究，但还没有形成一个很统一的管理标准，目前国内正在编制《城市轨道交通隧道结构安全保护技术规范》，以期未来能对该类问题进行更好的管理。2l世纪是地下空间开发的世纪，充分利用地下空间是城市立体化开发的主要组成部分。在乡镇密集区进行的开挖不能避免地会对环境影响，高水位及其它复杂条件下开挖基坑，易产生滑移、失稳、变位、隆起、严重漏水、等灾害，造成很大威胁。因此附近基坑对地铁的影响以及如何来保护有安全越来越有研究的必要性。2.附近基坑施工对原有地铁结构的影响分析

地铁隧道作为地下开挖工程，但由于隧道衬砌与周围土体刚度不同，会出现隧道与周围土体变形不协调，这就涉及到基坑～土体～隧道三者相互作用的问题。围护墙体向坑内产生位移，随着开挖深度的增大，墙外土体位移伴随着围护结构变形并逐渐传递，

从而引起周围建(构)筑物变形或者差异变形随施工过程不断变化。在运营地铁周围进行任何的岩土工程活动，隧道都会产生相应的变形反应，有工稳定性影响。这种最本质的是由于工程引起围岩状态再次重分布，导致力学行为变化。包括桩基础、势必会引起坑底回弹(隆起)、支护后土体侧移以及坑外地面沉降等，会影响甚至其近处地铁隧道的状态，有可能危及地铁隧道的安全。

经过对文献资料的收集，限于，仅列出其中部分工程的情况如表1所示。

表1部分工程实例表

通过分析这些实际工程，紧贴基坑施工对既有地铁结构的影响主要体现在以下：

当隧道周边进行基坑开挖时，会造成隧道周边土体的松动，使得隧道周边土体承载力下降，导致基坑范围内隧道发生回弹变形。须采用一定的基坑支护措施和地铁保护措旌，设计基坑开挖方案，保证地铁隧道变形不至于过大。基坑开挖过程中有的需要进行抽水处理，导致地下水位下降，使得作用在区间隧道壁面上的有效压力增大和导致作用在隧道面上的水压力减小。软土地基中的地铁隧道由于深基坑开挖施工围护墙的侧向水平位移而向深基坑方向位移，使地铁隧道产生挠曲变形而产生附加变形和应力，主要表现为隧道区间产生变形或变位，以及衬砌被压坏等。由于深基坑开挖施工引起围护墙侧向位移及坑内隆起等原因而使坑外土层沉降，埋于土层中的地铁隧道也随土层沉降而下沉。3.实例工程背景及概况

分析紧贴基坑施工对既有地铁的影响时，主要采用的是有限元法，将周围土体和隧道看作一个整体进行分析。本文选取广州农贸园工程进行了施工过程有限元分析，场地地势起伏较大，由上至下可划分为：人工填土，冲积土层．坡积层，残积层．基岩。基坑开挖深度大概在4.75-7.8m，基坑正下方有两条直径为6.5m的地铁隧道由北向南从场地中部穿过地铁管片厚025M．隧道顶距离基坑底最小为5.25m。基坑支护桩采用直径480mm钻孔灌注桩和长度为12.5m的旋喷桩。基坑与三号线的位置关系如图1和图2所示。

图1基坑与三号线的位置关系及监测断面位置

图2基坑与三号线的位置关系剖面示意图

4.结构计算模型

岩体开挖后，其二次应力的变化幅度减小．其变化只有2.5％左右．因此可以大致认为在此范围以外的岩体不受工程的影响．据此可以大致确定计算范围。根据平、纵断面图，取模型的横向宽度为320m，沿线路纵向长度为4205m，按实际埋深取至地表，距地铁仰拱往下取5D，计算模型上部为自由边界，底部约束Z方向，其余四个侧面为法向约束。岩、土体和地铁隧道均采用实体单元模拟，围岩采用Mohr-Coulomb屈服准则及弹塑性增量本构关系，地铁管片采用弹性本构。模型计算参数根据相关单位提供的设计资料取值如表2所示。

表2土层物理力学计算参数

建立的有限元模型的网格划分如图3所示。

图3有限元模型网格划分图

断面测点布置如图4所示。

图4地铁隧道断面监测点布置

5.基坑施工过程

基坑开挖的顺序为：先施工桩，土方开挖至第一排锚杆下0．25---0．35m．然后施工第一排锚杆，锚杆施工完后，再施工挂网喷层。待第一排的固结强度达到设计强度的65％后，开挖土方至第二排锚杆以下0．25-0．5m，然后再施工第二排锚杆及相应的挂网喷层。重复以上步骤，直至开挖施工至基坑底。6.计算结果及分析

基坑开挖到底部时沿地铁纵向各监测断面不同测点的Z方向位移监测值与计算值的比较如图5所示。

图5基坑开挖到底部时地铁隧道纵向各监测断面

分析监测结果可知在开挖基坑的过程中，地铁的Z方向位移是在不断的累加增大的，且开挖到基坑底部时候表现为最不利情况，达到1.85mm。这一点从计算结果中同样可以得到，地铁隧道最大位移量表现为基坑开挖到最后，达到3．25mm。从计算结果来看，理论计算值普遍大于实际监测值，但在开挖的过程中，理论计算得出的位移变化趋势与实际监测结果是基本一致的。理论值偏大主要是因为地下结构的复杂性以及地层参数选择的困难性引起的。本工程地铁隧道位于开挖基坑的正下方，上部基坑的开挖，对下部地铁隧道带来一定的卸载作用，所以地铁整体出现上浮的现象。同时因为上部基坑对下部地铁而言，并不是对称卸载，从而带来地铁左、右线z，Y方向上的位移量不一致变化，其中三个方向的位移变化表现为z方向最显著。从隧道整体位移量的变化来看，地铁位移量值在基坑中部下方的断面上普遍要大于其他断面，主要是由于这些断面位于基坑工程中部，受到基坑施工的影响比其他断面大。7.结束语

通过典型工程的计算，并将计算结果与实测结果进行的对比，可知在有基坑真实施工过程的资料和实测的地质资料的基础上，采用数值模拟的方式来预测紧贴基坑开挖对原有地铁结构的影响是可行的。

在地铁隧道上部开挖基坑时，将引起隧道产生上移并使隧道横截面呈现侧向压缩、竖向拉伸的变形特征，分析施工监测数据可知，基础板及时浇筑完成能有效控制隧道上移及其横截面变形的进一步发展。紧贴原有地铁结构的基坑开挖问题，是个复杂的岩土工程问题，在基坑开挖过程中，除了要保证基坑的围护设计稳定和强度问题之外，同时也要着力于减小它

对紧贴的原有地铁隧道的影响。以指导设计和施工，及早发现问题，排除安全隐患，并结合监测手段，用于基坑工程的优化设计和信息化施工，确保基坑工程本身及其紧贴的地铁结构的安全。参考文献

[1]宋家民．隧道工程[M]．北京：中国铁道出版社，2006．

附近基坑施工对原有地铁结构的影响研究

作者：

作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

李慧

国中铁一局广州分公司

城市建设

Chengshi Jianshe yu Shangye Wangdian2012(20)

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