外部項目施工影響下地鐵隧道理論與實際變形量的對比分析

胡祥琳

（廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司 廣東廣州 510330）

1 引言

隨著廣州地鐵不斷發(fā)展，越來越多的地鐵線路建成并投入運(yùn)營，既有地鐵結(jié)構(gòu)受鄰近外部項目施工的影響現(xiàn)象不斷增加，控制外部項目施工對地鐵隧道的影響成為越來越重要的工作。列舉兩個已完成的外部項目工程，對比其三維理論變形計算與實際變形量的異同點，分析相關(guān)因素，供同行們借鑒。

2 外部項目典型案例分析

2.1 廣州某商業(yè)大廈項目

2.1.1 項目信息

該項目位于廣州市中山六路某地塊，該基坑開挖深度為15.0～15.5m，采用地下連續(xù)墻+兩道鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)體系，鄰近地鐵一側(cè)的地下連續(xù)墻為1m厚。基坑外及基坑內(nèi)第二道支撐以下3m范圍內(nèi)施作φ550＠400格柵式攪拌樁，以加固土體、防止地下連墻壁坍塌及控制基坑位移。

2.1.2 與地鐵關(guān)系

地鐵一號線區(qū)間盾構(gòu)隧道位于該項目南側(cè)，與該項目南側(cè)基坑邊線基本平行。基坑邊線與地鐵隧道結(jié)構(gòu)外邊的水平距離約為11.5m，地鐵隧道頂面覆土厚度約為8.4m，隧道周邊地層主要為粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化巖。

2.1.3 三維數(shù)值理論計算模型

第三方評估單位采用MIDAS-GTS三維有限元軟件對深基坑開挖進(jìn)行動態(tài)施工模型分析。考慮巖土體為半無限體，模型以外不在考慮變形。因此對模型底部約束Z方向位移，模型前后面約束Y方向位移，左右面約束X方向位移（X軸沿隧道縱方向，Y軸為隧道徑向方向，Z軸沿鉛垂方向，下同）。模型頂面考慮20kN/m2地面活動荷載。

2.1.4 計算結(jié)果（見表1）

圖1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與地鐵隧道的有限元三維等軸側(cè)視圖

表1 廣州某商業(yè)大廈項目理論計算結(jié)果（單位：mm）

2.1.5 實際變形量

整個基坑施工過程中，隧道變形較小，左線：X軸最大位移量為-0.8mm；Y軸最大位移量為0.9mm。右線：X軸最大位移量為-0.8mm；Y軸最大位移量為0.9mm。各點沉降變形緩慢，左線最大沉降量為1.0mm；右線最大沉降量為1.0mm。

2.2 廣州某商業(yè)中心二期基坑工程

2.2.1 項目信息

廣州某商業(yè)中心二期項目位于廣州市白云區(qū)新城地區(qū)。該基坑周長約650m，開挖深度為19.85m，西側(cè)采用樁錨支護(hù)，東北側(cè)、東南側(cè)采用1m厚地下連續(xù)墻+四道鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)，采用中心島式開挖，放坡水平長度約為48m，高度約為19m，按三級放坡，分四階段削坡架設(shè)內(nèi)支撐，上三道為鋼筋混凝土內(nèi)支撐，最下層為鋼管斜支撐。

2.2.2 與地鐵關(guān)系

基坑?xùn)|北角有地鐵二號線白云公園站，東側(cè)為地鐵明挖隧道，基坑邊線與地鐵隧道基本平行。基坑邊線與地鐵隧道結(jié)構(gòu)外邊下的水平距離約為8.8m，地鐵隧道頂面覆土后到約為3.0m。地鐵結(jié)構(gòu)底板底整體高于基坑底約9.5m，結(jié)構(gòu)下方存在較厚的可壓縮土層，容易受外界條件影響產(chǎn)生不均勻沉降或位移，場地的巖溶、土洞比較發(fā)育。

2.2.3 三維數(shù)值理論計算模型

第三方評估單位采用FLAC三維有限差分方法進(jìn)行基坑施工對緊鄰地鐵結(jié)構(gòu)影響數(shù)值模擬分析，建立了一期和二期基坑、鄰近地鐵二號線區(qū)間隧道、白云公園站車站主體、1～6號風(fēng)亭、1號出入口結(jié)構(gòu)及周邊土體分布的三維數(shù)值模型并劃分了有限元網(wǎng)格（本文只針對隧道進(jìn)行描述分析）。

2.2.4 計算結(jié)果

圖2 三維有限差分法分析整體模型

表2 廣州某商業(yè)中心二期基坑工程理論計算結(jié)果（單位：mm）

2.2.5 實際變形量

該基坑施工過程中，隧道發(fā)生的最大沉降為20.36mm，單點累計最大沉降為32.73mm，對地鐵安全運(yùn)營造成巨大威脅。

3 總結(jié)分析

以上列舉了兩個廣州地區(qū)的工程項目對相鄰地鐵區(qū)間隧道影響的具體案例，通過描述每個案例的三維數(shù)值理論模擬計算，并將理論計算結(jié)果與實測隧道變形量進(jìn)行對比，結(jié)合多年的地鐵保護(hù)工作經(jīng)驗，針對三維數(shù)值理論計算與實際情況進(jìn)行總結(jié)分析，列出以下觀點：

（1）目前，針對外部項目施工影響地鐵隧道的三維數(shù)值理論模擬的計算存在一點較大的不足：數(shù)值分析計算的模型是理想化的，其模型是建立在地鐵隧道結(jié)構(gòu)完整無損的基礎(chǔ)之上。然而地鐵隧道自施工完成后受到圍巖應(yīng)力、地下水位變化、運(yùn)營震動等因素影響，存在一定的應(yīng)力集中或者部分隧道破損情況，相鄰工程的施工勢必會打破地層與地鐵隧道之間的應(yīng)力平衡，對隧道的損害可能會產(chǎn)生疊加效應(yīng)。故而建議在做外部項目對地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的理論計算之前，應(yīng)對地鐵隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行普查，獲取隧道現(xiàn)狀相關(guān)數(shù)據(jù)，從而建立盡可能與實際情況相符的理論數(shù)值模型。

（2）數(shù)值分析條件與現(xiàn)場情況（如地質(zhì)的變化、實際施工方法與施工工藝、施工質(zhì)量等）有一定的出入，導(dǎo)致模擬的結(jié)果與實際的情況存在一定程度的差別。因此，在數(shù)值分析建立模型時，須結(jié)合現(xiàn)場，盡量考慮實際施工情況，做最合理的分析。

（3）外部工程實際施工過程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)并不能完全阻止水的滲漏和流失，坑內(nèi)降水后，會使得坑內(nèi)外產(chǎn)生水力梯度，導(dǎo)致土中水分流動，然后帶土體顆粒，進(jìn)而產(chǎn)生對土體的壓縮，且土體中的空隙水壓力的重新分布，也會對地鐵隧道的變形有一定程度的影響。因此，在地鐵保護(hù)工作中，對項目的巡查應(yīng)重點關(guān)注基坑止水、排水問題，提高對水位變化的警覺性，及時遏制不良情況的發(fā)生。

（4）外部工程施工過程中，施工單位不按圖施工、違規(guī)施工等行為，使得數(shù)值分析完全偏離了實際情況，從而導(dǎo)致模擬的結(jié)果與實際的情況存在較大程度的差別，嚴(yán)重地威脅地鐵結(jié)構(gòu)安全。所以，對外部項目的現(xiàn)場管控，排除人為因素導(dǎo)致隧道的破壞，是地鐵保護(hù)重要工作之一。

（5）值得注意的是，數(shù)值分析過程中不考慮變形的時空效應(yīng)，然而地層變化具有時空效應(yīng)，外部項目對地鐵隧道的影響傳遞過程一般為：基坑→基坑周圍地層→地鐵隧道周圍土層（圍巖）→隧道管片→道床。而目前對地鐵隧道變形監(jiān)測對象是隧道管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和道床，以至于監(jiān)測數(shù)據(jù)對危險預(yù)測存在滯后性。因此，今后地鐵保護(hù)工作中，應(yīng)將數(shù)值分析和隧道監(jiān)測更加有機(jī)地結(jié)合分析。

4 結(jié)語

深基坑施工過程中卸土?xí)沟弥車翆討?yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，而土層介質(zhì)材料的復(fù)雜性、不確定性，以至于實際施工過程中某些施工工序都會導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)或者土層內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力變化；也正是因為土層介質(zhì)材料的復(fù)雜性、不確定性，工程勘探尚無法準(zhǔn)確得知土層信息，給三維數(shù)值理論計算的模型建立提供并非完全符合實際情況的土層信息參數(shù)，以至于理論計算存在一定范圍的誤差。

[1]《建筑基坑支護(hù)規(guī)程》（CJJ/T202-2013）[S].2013.

[2]鄭剛，李志偉.不同維護(hù)結(jié)構(gòu)變形形式的基坑開挖對鄰近建筑物的影響對比分析[J].巖土工程學(xué)報，2012，34（6）：969～977.

[3]劉庭金.深基坑施工對地鐵盾構(gòu)隧道的影響分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008（增刊 1）.