基坑施工對鄰近地鐵隧道影響的計算分析

紀海東

摘要：深基坑施工中的變形控制是設計中的重要一環，當深基坑臨近既有地鐵隧道時尤其重要。本文針對天津市某工程與緊鄰的地鐵線盾構區間的相互影響分析，采用巖土專業有限元分析軟件Plaxis，基于地鐵盾構完成后的初始應力場，對地連墻施工、開挖卸荷、支撐施工以及拆撐施工整個基坑施工過程進行了數值模擬，以此分析臨近既有隧道的變形響應。目的是為減小基坑變形對地鐵盾構區間的影響，提出針對性建議及保護措施，進而保證地鐵的安全運營，為以后的工程提供一定的參考。

關鍵詞：基坑施工；地鐵區間；變形控制；數值模擬

1 引言

基坑開挖尤其是深基坑的開挖過程中，土體的開挖卸載導致基坑底部土體上覆應力的減小，造成基坑土體的回彈，從而對基坑本身圍護結構及周邊環境造成一定的影響。當基坑開挖深度越深或者基坑開挖面積越大，這種影響就越顯著。研究表明，基坑開挖水平影響距離約為4 倍開挖深度。其中1 倍開挖深度范圍內，影響最為顯著，坑外最大地表沉降發生在距擋土墻0.5～0.7 倍開挖深度處，隨著

與擋土墻距離的增加，地表沉降迅速減小。一般將距擋土墻1 倍深度范圍作為基坑開挖的主要影響區，距擋土墻1倍至2倍開挖深度作為基坑開挖的次要影響區，而2 倍開挖深度外的影響就很小了。

近年來，隨著城市建設的迅速發展，越來越多的基坑工程會不可避免地在地鐵車站及隧道沿線進行施工，而基坑的施工必然會引起周邊環境的土體應力的變化，進而導致相鄰地鐵結構的受力和變形發生變化。而現行的標準對地鐵車站及隧道的變形要求十分嚴格，特別是對已經投入使用的地鐵線路要求更加嚴格。因此為保證地鐵的安全使用，必須選擇合理的設計方案、施工工藝等減少基坑工程的施工對地鐵結構的影響，以免造成不可挽回的影響。

本文以天津市某工程與鄰近的地鐵線盾構區間為背景，采用巖土專業有限元分析軟件Plaxis對基坑開挖施工的全過程進行數值模擬，研究該工程的基坑開挖對緊鄰的地鐵線盾構區間的影響分析，為該工程的施工提出一定的控制措施和建議。

2 基坑卸載機理分析

基坑開挖的過程其實就是基坑卸載的過程，而基坑的開挖具有 “時空效應” [4]。基坑的開挖卸載會造成坑底土體的隆起，進而引起基坑圍護結構側向變形以及基坑周邊土體的移動，從而導致地面沉降及坑外地鐵結構的變形。

近年來，基坑開挖面積越來越大，開挖深度也越來越深。實測表明，深大基坑由于卸荷量大、施工時間長、施工條件復雜等原因，其開挖造成的基坑外地表沉降范圍和沉降量相對以往的窄基坑都要大得多，卸荷對鄰近地鐵結構以及其他市政設施的影響也要復雜得多。

3 工程概況

天津某工程項目含兩棟34層的住宅樓，一棟10層的住宅樓，一棟8層的住宅樓，以及一棟19層的寫字樓及其3層裙房（1號樓）組成，本工程地上5棟主樓以及局部裙房地下連通，整個地塊包含三層地下室，基坑面積約1萬平方米。

該基坑設計三層地下室，開挖深度達13.75m，屬一級基坑。基坑南側毗鄰地鐵線隧道，基坑開挖施工對地鐵線的影響是不可避免的，因此在施工期間應對地鐵線進行連續監測，為判斷既有線結構安全狀況及時提供依據，對可能存在的危險及時處理，確保地鐵線的安全運營。

4 計算分析

4.1 有限元模型及網絡劃分

圖2 幾何模型

地鐵線區間位于基坑南側，為盾構區間。盾構隧道外徑6.4m，管片厚度350mm，盾構結構埋深18.2m，距基坑地連墻20.5m。為保證基坑施工期間地鐵線路的正常運營，現取距基坑最近的一地鐵區間斷面進行模擬計算。幾何模型見圖2。

4.2 計算參數選取

土的計算參數見表1，地下水位標高為-1.0m。

4.4 有限元計算結果

圖 4 至7 為基坑施工完成，拆除第一道支撐后，土體位移場、地連墻與既有隧道的總位移矢量圖。此時，基坑地連墻側移達到最大，由于土體位移場的變化，導致埋藏于其中的既有隧道的位移也達到最大值。由計算結果可知，既有盾構隧道最大水平位移2.4mm，最大豎向位移-0.8mm。基坑開挖對既有隧道影響較小。

通過對土體變形、結構變形的分析得出以下結論：

1、基坑的開挖對鄰近的地鐵隧道產生了一定的影響。

2、地鐵隧道的位移情況為在水平方向上朝基坑方向發生位移，垂直方向上發生了沉降變化。

3、應該加強對靠近地鐵區域支護結構的保護和監測。

參考文獻：

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[3] 高廣運，高盟，楊成斌等.基坑施工對運營地鐵隧道的變形影響及控制研究[J].巖土工程學報，2010，32（3）：453-458.

[4] 賈堅，謝小林.上海軟土地區深大基坑的卸荷變形及控制[J].巖土工程學報，2008，30（增刊）：376.

[5] 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.

[6] 陸培炎，熊麗珍.廣州地區各巖土層的力學計算參數[A]. 陸培炎著.陸培炎科技著作及論文選集[C].北京：科學出版社，2006：219-224.