基坑施工對正下方既有地鐵隧道的影響分析

劉金燕

摘要：隨著城市地鐵線網密度的增加，線路的交叉變的日益頻繁。本文以南京地鐵機場線南京南站為例，分析了基坑開挖對正下方既有地鐵隧道的影響，并根據分析結果提出了相應的保護措施，以期作為其他工程的參考。

關鍵詞：地鐵隧道；基坑開挖；有限元

1.工程概況

機場線南京南站通過通道與地鐵1號線、3號線換乘，車站位于站北路北側，沿站北路設置，為四柱五跨地下兩層（局部三層）站。車站全長252.4m，標準段基坑寬度47.5m，標準段基坑深約14.3～15.6m，車站采用蓋挖逆作法施工。車站南側主要為地鐵1號線、3號線地鐵南京南站，1、3號線南京南站與機場線南京南站垂直，1號線地鐵隧道位于機場線南京南站的正下方。要保護的1號線地鐵隧道同機場線車站的空間關系如下圖所示。

圖1 1號線區間和車站的位置關系圖

2.地質條件

場地土層自上而下依次為：

1-1，雜填土層，松散，雜色、灰黃色，灰褐色，稍濕，結構松散，組要由粉質粘土混較多的磚、石等建筑垃圾組成，成份復雜，層厚約2.2米；

1-2，素填土層，松散，灰黃～灰色，稍濕～濕，軟～可塑狀粉質粘土組成，局部可見植物根莖，夾有少量碎石。層厚0.5～4.5米；

2-1b2-3，粉質粘土，可塑，灰黃色、灰綠色，飽和，可塑，局部軟塑，中壓縮性，無搖振反應，切面較光滑，干強度中等，韌性中等偏低，局部粉粒含量較高。層厚0.5～4.5米；

3-1b1-2，粉質粘土，可塑～硬塑，黃褐色、灰黃色，飽和，可-硬塑，中壓縮性，無搖振反應，切面較光滑，干強度中等，韌性中等。夾有少量鐵錳結核，含次生粘土團塊。層厚0.8～9.1米。

K1g-2，強風化泥質粉砂巖，砂土狀，棕紅色、紫紅色，風化強烈，巖石結構完全破壞，巖芯呈砂土狀，手捏易碎，水沖即散。層厚1.3～5.3米；

K1g-3，中風化泥質粉砂巖，完整塊狀，棕紅色、紫紅色，中等風化，裂隙較發育，巖芯呈短柱～中柱狀，遇水易軟化。未鉆穿。

土層的物理力學參數如下表所示：

土層物理力學參數表

層號 重度 建議強度指標 泊松

比 基床系數 側壓力系數 滲透系數 單抽抗壓強度

γ Cc Φc 水平 垂直 KO kh kV MPa

kN/m3 kPa 度 MPa/m MPa/m x10-6cm/s

①-2b2-3 18.5 10 12 200 150

②-1b2-3 19.4 30 14.0 0.32 21.0 19.0 0.44 5.0 3.0

③-1b1-2 19.9 50.0 15.0 0.29 47.6 44.3 0.40 1.58 0.98

K1g-2 21.0 40.0 35.0 0.20 75.0 80.0 0.3 10 5

K1g-3 24.0 500 46.0 0.15 400 0.25 2.97

3.地鐵保護控制標準

目前國內可以參照的隧道結構變形控制標準有《上海市地鐵沿線建筑施工保護地鐵技術管理暫行規定》和深圳市地鐵公司頒布的《城市軌道交通安全保護區施工管理辦法（暫行）》。根據上述規定，地鐵隧道結構的變形控制標準如下：

1）地鐵的區間隧道結構的豎向和水平最大位移均不得超過20mm；

2）隧道變形曲線的曲率半徑不小于15000m；

3）相對曲率不大于1/2500；

4.車站基坑開挖對1號線隧道的影響分析

本文建立三維模型分析基坑開挖對1號線隧道的影響。土體采用庫倫-摩爾模型，參數按照實際參數取值，圍護樁按照剛度等效原則簡化成連續墻；第一道支撐和第二道支撐為車站的頂板及中板，連續墻、板撐及隧道結構均采用彈性殼單元來模擬，土體采用實體單元。

計算過程主要分為四個步驟：

（1）進行地應力平衡，使其在初始地應力下初始位移為零。

（2）模擬第一道支撐以上土體開挖。

（3）模擬第一道支撐與第二道支撐之間土體開挖。

（4）模擬第二道支撐與基底土體開挖。

計算模型及結果如下所示：

根據計算結果，圍護結構的最大水平位移為2.91mm，1號線區間的上浮量為1.35mm，區間縱向位移0.55mm。車站基坑的開挖對1號線區間

是有影響的，但是影響不大，尚在可以接受的范圍之內。但是由于地下工程學科的不成熟性，在參考計算結果的同時尚應在施工方面采取適當的措施：

（1）加強對一號線區間的監測工作：監測是施工效果的直接反映，是地鐵盾構施工中對重要建筑物進行保護的重要手段。及時發現工程中存在的問題，為采取有效的防范措施提供基礎信息，指導施工安全順利進行。監測內容包括：①垂直沉降；②水平位移；③軌道左右兩側高。預警值各變形允許最大值的90%。

（2）采取合適的開挖方式：不得進行放炮開挖，要對稱開挖，盡量采用小型開挖機械。及時排走基坑內的明水，防止地下水浸泡開挖面。

（3）盡快封閉底板：基坑開挖到坑底標高后盡快施工底板，做到早封閉，減小基坑坑底的暴露時間。

（4）分段開挖，分段封閉：車站的寬度將近50米，在開挖時嚴禁大鍋底開挖，分段開挖，每段開挖完成后要及時施做底板，及時封閉。

現該車站已施工完成并投入使用，根據監測結構1號線區間的最大上移量約為2.2mm，自始至終正常運營。

5.結束語：

本文通過建立三維有限元模型，分析了基坑開挖對其正下方既有隧道的影響。同時結合車站的施工情況，得出了以下結論：

（1）在隧道正上方開挖基坑會對隧道產生影響，會引起隧道的上移，，需將隧道上移量控制在允許的范圍之內。

（2）考慮到地下工程的學科特性，在參考計算結果的同時，尚應在施工中采取合理的措施，這點尤其重要。

參考文獻：

[1]麥家兒 基坑施工對鄰近地鐵車站和區間隧道的影響分析 城市軌道交通研究[J]，2012（6）100～104；

[2]劉建航、侯學淵 基坑工程手冊[M] 北京 中國建筑工業出版社 1997；