新建基坑對(duì)近臨地鐵結(jié)構(gòu)安全評(píng)估分析

孫洪碩 郭普祥

摘 要：隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的大力發(fā)展，城市地鐵密度也越來越大，同時(shí)城市大型建筑的施工，必然引起地鐵結(jié)構(gòu)運(yùn)維造成安全影響。 現(xiàn)以某城市商業(yè)大廈基坑開挖對(duì)近臨地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)影響為工程背景，結(jié)合大型ANSYS有限元數(shù)值分析模擬，評(píng)估基坑開挖對(duì)近臨地鐵的安全影響。主要內(nèi)容包括：（1）評(píng)估內(nèi)容及方法；（2）評(píng)估結(jié)論；（3）評(píng)估建議。

關(guān)鍵詞：新建基坑；近臨地鐵；安全評(píng)估；建議

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.116

0 引言

隨著城市用地的不斷緊張，基坑的所在環(huán)境也越來越復(fù)雜，臨近處也常有市政公用設(shè)施等永久性建筑，隨著基坑的開挖，既要有效保護(hù)既有結(jié)構(gòu)物，也要保證基坑的安全施工[1]。近年來，計(jì)算機(jī)硬軟件高速發(fā)展，有限元法在工程模擬中越來越得到廣泛使用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者專家已經(jīng)開展了大量研究[2-4]?，F(xiàn)以某城市商業(yè)大廈基坑開挖為工程背景，采用ANSYS大型有限元軟件模擬基坑開挖對(duì)近臨地鐵盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)的安全影響分析。商業(yè)大廈基坑長(zhǎng)65m，開挖最大寬度60m，開挖深度18.5m，圍護(hù)樁長(zhǎng)23m?；佑覀?cè)距離盾構(gòu)隧道左側(cè)15m。

1 評(píng)估內(nèi)容及方法

1.1 評(píng)估范圍

根據(jù)新建未來時(shí)間基坑與既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間的相對(duì)位置關(guān)系及影響范圍，選取了本次評(píng)估的范圍。平面范圍包含基坑南側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、與基坑對(duì)應(yīng)的地鐵盾構(gòu)區(qū)間（左線）均列入評(píng)估范圍，深度范圍為基坑底向下大于1倍基坑深度即40m。

1.2 評(píng)估內(nèi)容

（1）建立二維、三維計(jì)算模型，模擬未來時(shí)間基坑施工及使用期間對(duì)既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間的影響，提供未來時(shí)間基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)變形等相關(guān)分析結(jié)果。（2）根據(jù)基坑的施工過程對(duì)既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的分析和計(jì)算結(jié)果，分析地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的安全性影響。（3）對(duì)未來時(shí)間基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)提出變形控制指標(biāo)要求。（4）對(duì)基坑施工、監(jiān)控量測(cè)、應(yīng)急預(yù)案提出合理化建議。

1.3 評(píng)估思路

新建基坑工程對(duì)既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的安全性影響評(píng)估是本報(bào)告的評(píng)估重點(diǎn)。主要通過收集、整理和分析各種地質(zhì)、設(shè)計(jì)和現(xiàn)狀調(diào)查、檢測(cè)資料，運(yùn)用數(shù)值分析、工程類比和專家評(píng)議等多種方法，預(yù)測(cè)基坑工程施工引起既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形變化，在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)是否安全，是否滿足正常使用的要求。

1.4 評(píng)估方法

本次計(jì)算采用ANSYS商業(yè)大型通用軟件，模擬新建基坑的施工過程，提供既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形分析結(jié)果，評(píng)估既有既有地鐵區(qū)間的安全性，并根據(jù)正常使用的要求，綜合各種影響因素，提出新建基坑工程施工時(shí)對(duì)既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)措施。

2 評(píng)估結(jié)論

2.1 基本結(jié)論

（1）從基坑開挖對(duì)既有地鐵區(qū)間隧道的影響程度角度出發(fā)，相對(duì)于三維模型，二維模型計(jì)算結(jié)果偏于保守。（2）無論二維模型還是三維模型，計(jì)算結(jié)果均表明：在基坑開挖過程中，既有地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)有明顯的向基坑方向整體移動(dòng)趨勢(shì)，施工結(jié)束后近基坑側(cè)隧道整體水平移動(dòng)約14mm；近基坑側(cè)隧道有整體抬升特征，遠(yuǎn)基坑側(cè)隧道有整體下沉特征，施工結(jié)束后近基坑側(cè)隧道整體抬升量約8mm左右，遠(yuǎn)基坑側(cè)隧道整體下沉量約2-3mm。（3）計(jì)算結(jié)果表明，基坑施工過程中既有地鐵區(qū)間隧道的凈空收斂變化不明顯，隧道襯砌管片結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化也不顯著。根據(jù)二維無土釘模型的計(jì)算結(jié)果，基坑施工過程中既有隧道結(jié)構(gòu)安全系數(shù)和裂縫寬度滿足相關(guān)規(guī)范的要求。（4）二維模型表明，樁間土釘對(duì)控制隧道變形和改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有力，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)管理、確保其施工質(zhì)量。（5）三維計(jì)算結(jié)果表明，基坑基底隆起及圍護(hù)樁下部位移較顯著，建議優(yōu)化樁長(zhǎng)和第二道錨索的設(shè)計(jì)參數(shù)，并在施工過程中設(shè)計(jì)完善的施工分區(qū)和開挖步序方案。

2.2 控制基準(zhǔn)

根據(jù)計(jì)算情況，并結(jié)合《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50911-2013）相關(guān)規(guī)定，建議施工過程中基坑及盾構(gòu)區(qū)間隧道的變形控制基準(zhǔn)按如下進(jìn)行執(zhí)行。

基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目樁頂水平位移累計(jì)變形不超過20mm，變形速率不超過2mm/d；樁體水平位移累計(jì)變形不超過35mm，變形速率不超過3mm/d；地表沉降累計(jì)變形不超過30mm，變形速率不超過3mm/d。

盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目管片結(jié)構(gòu)沉降或水平差異位移累計(jì)變形不超過20mm，變形速率不超過3mm/d；管片結(jié)構(gòu)差異沉降或水平差異位移累計(jì)變形不超過0.03%L（L為兩監(jiān)測(cè)斷面的間距）；管片結(jié)構(gòu)凈空收斂累計(jì)變形不超過10mm，變形速率不超過3mm/d。

3 評(píng)估建議

3.1 施工建議

（1）施工應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范、規(guī)程和設(shè)計(jì)執(zhí)行，確保施工質(zhì)量。（2）設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的基坑開挖方案，嚴(yán)格執(zhí)行分區(qū)、分層開挖技術(shù)要求，嚴(yán)禁大拉槽開挖，建議每層深度：粘性土不大于2.0m，砂性土不大于1.0m。（3）基坑開挖過程應(yīng)隨挖隨支，確保樁間土的穩(wěn)定。（4）施工過程中應(yīng)加強(qiáng)防排水設(shè)施的布設(shè)，確保地表及基坑內(nèi)排水的通暢，防止由于大氣降水或地下管線滲漏而出現(xiàn)險(xiǎn)情。

3.2 監(jiān)控量測(cè)建議

（1）本工程應(yīng)按一級(jí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目開展監(jiān)測(cè)工作。（2）施工中設(shè)計(jì)完善的監(jiān)測(cè)方案。（3）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)分析處理，并將監(jiān)測(cè)資料定期報(bào)送軌道公司相關(guān)部門。

3.3 應(yīng)急預(yù)案建議

（1）整個(gè)施工均應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，認(rèn)真按技術(shù)規(guī)程操作，防止出現(xiàn)任何險(xiǎn)情；并應(yīng)提前作好搶險(xiǎn)預(yù)案，防患于未然。（2）制定針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案，保證在發(fā)生問題時(shí)各相關(guān)單位及人員能夠及時(shí)有效地進(jìn)行處理，避免造成較大的損失并把不良影響降低到最低限度。（3）對(duì)既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形問題，應(yīng)有專項(xiàng)應(yīng)對(duì)預(yù)案，確保基坑施工期間既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及正常使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]赫名然.深大基坑幾何尺寸對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)變形影響分析[D].北京交通大學(xué)，2015.

[2]王印.基坑開挖對(duì)緊鄰地鐵車站影響的位移分析及施工保護(hù)措施研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2008.

[3]楊敏，周洪波，楊樺.基坑開挖與臨近樁基相互作用分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2005，38（04）：91-96.

[4]曾遠(yuǎn)，李志高，王毅斌.基坑開挖對(duì)鄰近地鐵車站影響因素研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2005（04）：642-645.