基坑開挖對鄰近地鐵高架線路的影響及保護研究

郝金星 崔景凱

(中交第一航務工程局有限公司，天津 300450)

1 基坑開挖工程

1.1 基坑變形理論

基坑在開挖的過程當中，因為要對地面進行開挖，所以就會導致附近地層出現很多不可避免的問題，具體的原因就是因為基坑在開挖途中讓開挖地面的承載力降低，然而如果開挖地面的承載力降低，就會導致附近地面的承載力加大，所以附近地面的承受力就會超負荷承載建筑物，從而造成了基坑變形的嚴重后果。并且在開挖的過程中，防護墻還會因為地面承載力的加強而使防護墻的壓力增大，所以在開挖基坑附近的土壤會不斷的向基坑內移動，但是防護墻擋住了這些土壤的去路從而讓這些土壤對防護墻的壓力越來越大，進而導致防護墻的變形。如果防護墻一旦變形，那么周圍的壓力就會擠壓基坑的底部，這就是基坑底部為何會出現凸起的原因。并且這些基坑底部的凸起和防護墻的變形會讓鄰近地鐵高架線路的結構出現變化。當基坑底部的開挖越來越深時，基坑開挖面不斷的卸荷。這些卸荷正是引起基坑底部出現凸起的主要原因，而凸起的不斷出現，又會使防護墻的位置不斷的變化。凸起的不斷變化、防護墻的位置不斷的變化就會造成附近地面的承載能力不斷的加強，造成超負荷承載的后果，還會使基坑底部周圍的結構發生塑性變形。但這個塑性變形會隨著施工的停止而停止，所以塑性變形在一定程度上是可以復原的，但一旦超出限定的范圍，就會使基坑底部和鄰近地鐵高架線路結構造成不可復原的顛覆。所以如果在基坑開挖過程當中出現了塑性變形，我們一定要采取一系列的措施來降低凸起出現的頻率和防護墻變形的程度大小。

1.2 什么是基坑工程

基坑建設是地鐵建設的基礎之一，它對地鐵建設有著不可忽視的作用。基坑的建設不僅僅能保障地鐵的安全穩定性，同時還會讓附近地鐵高架線路的建設出現其他的問題，特別會影響到鄰近地鐵高架線路的穩定性，因此無論我們在開展基坑開挖工程之前，還是在開挖工程期間，都要對其進行嚴格的檢測，唯有這樣才能保障基坑建設工作正常運行。基坑工程作為巖石工程中的一個重要分支，它涉及到的學科范圍十分廣。又因為在設計基坑工程的施工方法時還涉及到了工程量大的問題，并且需要考慮的因素眾多，所以對基坑建設工程實行監測工作是非常困難的。在進行基坑建設工程時，不僅僅要考慮到開挖地面的土層結構是否穩定，抗變形能力是否良好，同時還要考慮到土層和施工材料是否可以一起來支護、相互作用的關系問題。

工程師為了解決上面的難題，提出了相應的解決方案，其中我認為最可行的方案是以下三種。第一，我們要對以往的經驗進行總結。第二是通過模擬實驗來進行研究。第三通過理論知識來對實驗結論進行分析，得出結論。對以往經驗進行總結的方法是一種非常直觀和傳統的方法。它可以根據工程師在對以往進行建設工程時得到的經驗并且分析這些相應的經驗，從而總結得出相應的規律。而通過模擬實驗進行研究的方法是現在科研機構最常用的方法，這個模擬實驗的方法非常的簡單有效，并且還可以根據實驗人員的需要來修改實驗的條件，從而進行大量的重復的實驗，還可以根據這些實驗所產生的實驗數據進行分析，以此來得到規律總結，進而分析各種因素對鄰近地鐵高架線路的影響，作用效果和作用方式。利用理論來對實驗結論進行分析的方法就是，利用現在的信息技術對影響因素進行模擬實驗。并且根據理論來不斷的分析這些實驗得出的結論，從而達到不斷優化這些影響因素的結果。此種方法因為所得到的數據非常的精確，所以對未來的基坑開挖工程的開展所做的貢獻越來越大。

2 鄰近地鐵高架線路的影響因素

2.1 基坑與鄰近地鐵高架線路之間的水平距離

基坑與鄰近地鐵高架線路之間的位移關系對地鐵高架線路的影響非常大。根據很多工程實驗的實例證明，如果基坑與鄰近地鐵高架線路之間的水平距離越近，就越容易導致鄰近地鐵線路的結構造成變形，所以我們在考慮基坑的位置時，要想到鄰近地鐵高架線路是否與基坑的水平距離較近，如果距離較近，就會造成建筑物向基坑方向傾斜，從而導致鄰近地鐵高架線路所要承受的壓力過大,造成鄰近地鐵高架線路的坍塌，同時還會造成基坑變形的后果。所以我們在進行基坑開挖工程時要對基坑工程進行有效的監測。我們要計算出建筑物傾斜的角度，通過建筑物傾斜角度來計算出基坑與鄰近地鐵高架線路之間的水平距離，保障基坑的深度和鄰近地鐵高架線路的變形保持在一個可以控制的范圍之內，并且還要制定出針對這些問題的有效防護措施，盡可能的不要把基坑建設在地鐵高架線路的附近，以免導致鄰近地鐵高架線路的安全性能遭到破壞。

2.2 基坑與鄰近地鐵高架線路之間的高度差

如果基坑開挖的程度很深會使鄰近地鐵高效線路形成的沉降差越來越大，從而導致基坑的土層結構變形程度加大。根據大量的實驗研究表明，基坑的深度與鄰近地鐵高效線路形成的沉降差之間存在正比的關系，不過在進行一些基礎掩埋時通過加入一些質量較好的石塊，可以有效的控制地鐵高效線路形成的沉降差，并且還可以提高土質之間的牽引力。但是較淺的基坑雖然對鄰近地鐵高架線路的影響較小，但是這些影響是不均勻的，同樣會對鄰近地鐵高架線路的安全性和穩定性造成嚴重的后果。當然，如果基坑的深度不夠，不僅僅會影響到工程的使用，而且還會影響到其本身結構的穩定性和安全性，從而導致地鐵高架線路位于基坑的下面，一旦基坑安全性不過關，就會造成地鐵高架線路的掩埋，造成不可忽視的經濟損失和人員財產損失。所以，我們在實際的基坑開挖工程當中，要嚴格控制基坑開挖的深淺度，同時還要綜合考慮基坑工程的自身需求和鄰近地鐵高架線路所需基坑深度進行綜合性選擇。

3 有效的保護措施和優化方案

3.1 構建出計算模型

對于基坑對鄰近地鐵高架線路影響的分析主要利用現代化信息技術來進行對基坑工程的設計方案的進一步分析，并且以此方法還可以降低對鄰近地鐵高架線路的影響。在現代化信息技術當中，我們可以利用連續介質有限元法技術。該技術是通過結合計算機的硬件和軟件，利用土力工程當中的巖石工程的基礎理論來對基坑附近的地鐵高架線路和基坑建設的環境因素來進行一系列的分析和總結，最后計算得出有效的計算模型。隨著現在計算機技術的不斷進步和計算機軟件和硬件等設備的能力不斷提高，計算機所構建的計算模型得出的結論越來越準確，并且還可以計算出不同支護裝置對鄰近地鐵高架線路支護作用的變化規律，進而得出地鐵高架線路沉降變化的規律。最后，對這些計算模型進行匯總，進而得出有效合適的工程施工方案。

3.2 構建出三維模型

三維模型即計算機所構建的立體結構模型。它是將立體結構與計算機所檢測出的數據進行結合并且分析得出結論，這個方法有利于提高計算機所得出來數據的精準，并且對三維模型不斷地進行重復計算，還可以得出影響鄰近地鐵高架線路的關鍵因素。三維模型在進行模擬實驗時，主要通過對常規土層實驗數據進行分析，進而對這些實驗數據不斷的更新，從而提高數據的準確性。就目前而言，三維模型所計算出的數據準確度是最高的，對于分析基坑對鄰近地鐵高架的影響因素非常高效和快捷的。

4 結 語

總而言之，隨著中國城市化發展的推進，城市對于地鐵的需求量也在逐漸增大，我們在基坑開挖工程實施工程當中，要保障其安全性。因為在基坑開挖的同時，地鐵安全性也要得到保障，所以我們要對基坑的深淺度和基坑與鄰近地鐵水平距離進行嚴格地監測。在對基坑開挖過程的影響進行分析時，要利用計算模型和構建三維模型準確的獲取工程實驗信息，進而得出有效的工程實施方案，最大化的降低對鄰近地鐵高架線路的影響。