基坑開挖對臨近地鐵隧道的影響分

廣東省冶金建筑設計研究院 賈世平

基坑開挖對臨近地鐵隧道的影響分

廣東省冶金建筑設計研究院 賈世平

本文針對地鐵旁某基坑開挖工程，采用有限元仿真模擬，選取典型剖面建模，并動態模擬基坑施工步驟，分析考察基坑開挖全過程對臨近地鐵隧道的影響。為該基坑開挖及地鐵保護提供可靠依據，對工程具有一定的實際價值。

基坑施工 動態模擬 地鐵 影響分析

一、工程概括

該基坑位于深圳市中心區，基坑開挖深度約為20.6m。采用800mm 地下連續墻作為基坑圍護；地下室采用逆筑法， 為了配合逆作法施工，預埋永久鋼柱作為支撐，永久樁基礎采用鉆孔樁并在樁內預埋方鋼樁，方鋼樁內澆筑混凝土。靠近地鐵則只有一層地下室，采用800mm臨時鉆孔樁和直徑600mm高壓旋噴樁及兩層臨時剛支撐共同組合成基坑支護結構。

該基坑鄰近地下鐵路保護范圍，基坑南側距地鐵最近約24m。地鐵隧道最大凈高9m，隧道頂埋設10m，隧道寬19m。

基坑施工要求不得影響地鐵正常運營安全，宜采用對地鐵安全運營影響最小的形式。同時，城市軌道安全保護要求：運營線路軌道豎向最大變形±4mm，兩軌橫向高差<4mm，城市軌道交通結構絕對沉降量及水平位移≤20mm。

二、 影響分析過程

1. 模型說明

本次模擬選用選取了離地鐵隧道最近的典型剖面，該剖面也是基坑支護設計斷面，土體本構模型采用摩爾庫侖模型。對地下連續墻、臨時鉆孔樁擋墻及止水帷幕采用平面應變單元模擬，墻厚度均為800mm， 對一層地下室臨時H型鋼支撐、灌注樁及預留方柱采用梁單元模擬。臨時支撐、樁、柱的截面形狀和尺寸嚴格按照設計取值。基坑開挖深度為20.6m，模型邊界取左側邊外的60m左右，深度取約50m，如圖1所示。

2. 材料本構模型及計算參數（見表1）

表1 材料計算參數表

隧道結構線彈性25 3.0E7 0.25樓板線彈性25 3.0E7 0.25地連墻、鉆孔灌注樁、預留樁線彈性25 3.0E7 0.25臨時支撐線彈性76 3.1e+10 0.2

3. 有限元分析工況模擬

結合前述基坑開挖支護及施工方案，數值模擬中采用以下工況模擬計算：

（1）初始應力：把原狀土激活，計算初始地應力，位移清零；

（2）進行800mm地下連續墻 ， 臨時鉆孔樁擋土墻及止水深層攪伴樁，灌注樁樁基礎及預埋預留柱施工；

（3）進行首層開挖放坡并建造首層地下室樓板，上層結構同時施工；

（4）待首層樓板強度達設計強度C30后，進行地下一層開挖，上層結構同時施工；

（5）安裝臨時支撐，開挖至+6.4并建筑地下一層樓板及天然地基基礎；繼續逆筑法開挖至地下一層開挖樓板施工；

（6）建造整體地下一層樓板施工，拆除內支撐，完成首層樓板施工繼續逆筑法，向下建造地下二層及上層結構同時施工；

（7）開挖至地下三層并建造地下三層樓板待地下三層樓板強度達設計強度后，進行下一層開挖；

（8）開挖至地下四層并建造地下四層樓板及樁。

三、典型剖面開挖重點分析及結論

1、 變形分析

表2為不同工況下A、B、C點的水平位移和沉降數據，由表中可以看出7種工況下各點的水平位移和沉降均在地鐵隧道許可范圍內，基本上滿足運營線路軌道豎向最大變形不超過±4mm以及隧道結構絕對沉降量≤20mm的要求。

表2 不同工況下A、B、C點變形情況

注：表中數值為m。

以下圖2、圖3為工況8地鐵隧道底部AD線上沉降變化情況、地鐵隧道底部AD邊側向變形情況，由圖中可以看出不均勻豎向變形遠小于4mm。

2. 分析結論

由以上分析可知，計算滿足運營線路軌道豎向最大變形不超過±4mm以及隧道結構絕對沉降量≤20mm的要求，基坑施工對地鐵影響很小在允許范圍內。

四、 總結

（1）典型斷面基坑開挖各工況下，對地鐵隧道的影響較小，隧道結構絕對沉降量最大為1.2mm，滿足運營線路軌道豎向最大變形在±4mm范圍內和隧道結構絕對沉降量≤20mm的要求；

（2）采用連續介質有限元整體模型，真實模擬逆筑法施工的全過程，進行施工階段分析，基坑施工對最近深圳地鐵產生的差異沉降可滿足地鐵正常運營的控制要求，驗證了本工程基坑支護設計及逆筑法施工的可靠；

（3）通過連續介質有限元整體模型對地鐵的附加變形分析，本工程基坑設計及施工能夠滿足地鐵運營對變形控制要求，可確保地鐵的安全和正常運營；

（4）由于采用平面問題假定，計算結果大于實際值，根據經驗判斷，基坑開挖和支護產生的隧道結構變形不會超過20mm，軌道變形不會超過±4mm的規定要求。

[1]深圳市地鐵有限公司城市軌道交通安全保護區施工管理辦法（暫行），深圳市地鐵有限公司，2007年4月

[2]北京邁達斯技術有限公司.MIDAS/GTS用戶手冊[R].北京：北京邁達斯技術有限公司

[3]中國建筑科學研究院.《建筑基坑支護技術規程JGJ 120-99》[L].北京：中國建筑工業出版社，1999

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