基坑開挖對其下方已建電力隧道的影響分析

劉小建

（上海申通地鐵集團有限公司，上海 201615）

隨著城市地下空間開發的快速發展，已建隧道與新建地下工程之間的沖突日益突出，在已建隧道鄰近位置或上方進行開挖的項目不斷出現。根據以往工程實例及計算分析表明，下臥隧道的變形值隨隧道上方卸荷量增大而增大，因此控制隧道回彈變形量最有效的措施是控制隧道上方土體開挖體積、盡量減少卸荷量。另外，根據時空效應理論，隧道的變形與基坑無支撐暴露的時間長短有關，基坑無支撐暴露的時間越短，基坑及隧道的回彈變形越小。在已建隧道上方采用明挖法施工的工程實例中，針對卸載量和縮短基坑暴露時間兩大控制因素，分別采用地基加固、分區開挖和堆載預壓等方法對隧道的隆起進行了控制，取得了良好的效果。

1 工程概況

本工程為地下二層島式站臺車站，位于繁華市中心，周邊地下管線錯綜復雜，有一重要電力隧道位于開挖基坑下方0.5m。為保護下方電力隧道，主體在電力隧道兩側增設兩道臨時封堵墻將車站主體基坑分3 個施工段：A 區、B 區（西藏南路電力隧道穿越段）、C 區。施工順序為：施工A 區基坑→施工C 區基坑→施工B 區基坑（西藏南路電力隧道穿越段）。

2 支護方式

根據工程特點、場地條件、盾構籌劃和工期要求，結合管線搬遷和交通疏解需要及總體工程籌劃，基坑均采用半幅蓋挖法+明挖順作法施工。按照上述要求，并考慮距離基坑較近的地面建筑物、工程地質和水文地質等因素的影響，本基坑圍護型式分為以下3 種：

（1） A 區：基坑深度約16.29/18.09m，坑底位于第④層灰色淤泥質粘土與⑤1-1 層灰色淤泥質粉質粘土交界處，采用半幅蓋挖+明挖順作法施工。圍護結構選用800mm 厚地下連續墻(采用GXJ 橡膠止水接頭)，墻長30.5m（臨近電力隧道側封頭墻范圍局部深35m），東端頭井為32m，墻趾位于⑤3-1 層灰色粉質粘土中，插入比為1：0.87/0.80。沿基坑深度方向設置四道支撐，第一道為鋼筋混凝土支撐結合臨時車道板及施工便道板設置，其余均為Ф609（t=16mm） 鋼管支撐，其中靠近電力隧道封頭墻區域采用伺服應力系統。

（2） B 區（電力隧道穿越段）：穿越段基坑尺寸為12.0mx20.1m，開挖深度15.62m，坑底位于第④層灰色淤泥質粘土與⑤1-1 層灰色淤泥質粉質粘土交界處，采用明挖順作法施工。穿越段基坑上跨電力隧道，電力隧道頂標高-13.033～-13.098m，車站底板底距電力隧道凈距約0.8m，坑底距離電力隧道凈距約0.5m，電力隧道兩側圍護結構采用800mm 厚地下連續墻(采用GXJ 橡膠止水接頭)，深35m，墻底位于⑤3-1 灰色粉質粘土層，插入比為1：1.24。電力隧道上方南、北兩側四幅地下墻為蹺腳幅，短墻深15.62m，距離電力隧道頂0.5m，其余范圍墻深35m。為增加穿越段基坑南北兩側地墻整體剛度，翹腳幅地墻接頭采用H 型鋼剛性接頭。

為了盡量減少電力隧道上跨段基坑卸載的影響，利用電力隧道結構的抗彎剛度，控制隧道上方局部卸載影響下的隆起變形，在上跨段基坑內沿電力隧道橫向設置4 道分隔墻，把上跨段基坑分為5 個小基坑開挖，基坑內的分隔墻采用在MJS 加固體內插H 型鋼的方法，電力隧道上方電力隧道上方H 型鋼長15.62m，距離電力隧道頂0.5m；電力隧道兩側各1m 以外的H 型鋼插至MJS 加固體底。沿基坑深度方向設置四道支撐，其中第一道為鋼筋混凝土支撐，其余均為Ф609鋼支撐/H 型鋼撐。

（3） C 區：基坑深度約15.90m，坑底位于第④層灰色淤泥質粘土與⑤1-1 層灰色淤泥質粉質粘土交界處，采用明挖順作法施工。圍護結構選用800mm 厚地下連續墻(采用GXJ橡膠止水接頭)，墻長35m，墻趾位于⑤3-1 層灰色粉質粘土中，插入比為1：1.20。沿基坑深度方向設置四道支撐，第一道為鋼筋混凝土支撐，其余均為Ф609（t=16mm） 鋼管支撐，并采用伺服應力系統。

3 開挖模擬

為了較準確的反映基坑開挖卸載對周邊設施產生的附加變形影響，計算分析采用平面彈性有限元分析方法，以便模擬基坑圍護體系與土體間的相互作用、土體自身的彈性特點及實際開挖工況等非線性因素。以基坑中部剖面為計算結果來評估附加影響。

建模范圍為基坑及周圍一定范圍內的土體，根據以往工作經驗和實測數據，以及此工程的規模，此范圍已基本滿足模擬土體的半無限體特性。用連續介質有限元法計算時，為簡化計，巖土介質可根據不同情況和不同要求選擇不同的本構模型。目前廣泛用于實際巖土工程計算的本構模型主要有線彈性、非線彈性、彈塑性和粘彈塑性等幾種。在本報告的計算中，環境要求地基的沉降很小，由土體塑性而引起的塑性應變也很小，故本文計算采用的模型為線彈性土體模型。為了分析東段基坑開挖對基坑圍護結構、電力隧道以及地表的影響，以下按施工段A 區→C 區→B 區三個基坑施工順序，分別列出每個基坑開挖完成后圍護結構的水平變形云圖、坑底隆起量的變形云圖、電力隧道結構的變形云圖、地表沉降變形云圖等，進而分析是否滿足基坑周邊的環境保護要求。

3.1 施工段A 區基坑開挖并回筑完成

A 區基坑開挖完成并回筑內部結構后，圍護結構的最大DX 向水平位移為5.1mm，發生在A 區基坑和B 區基坑之間分隔地墻的中下部位置；最大DY 向水平位移為18.2mm，發生在A 區基坑北側地墻基坑底部位置。

A 區基坑開挖完成后，A 區基坑坑底的最大隆起量為74.2mm。電力隧道結構的最大水平向變形為3.1mm，最大的豎向變形為-1.2mm。A 區基坑開挖完成后，地表的最大沉降變形為6.3mm。

3.2 C 區基坑開挖并回筑完成

C 區基坑開挖完成并回筑內部結構后，圍護結構的最大DX 向水平位移為4.2mm，發生在A 坑和B 區基坑之間分隔地墻的中下部位置；最大DY 向水平位移為18.3mm，發生在A 坑北側地墻基坑底部位置。

C 區基坑開挖完成后，C 區基坑底的最大隆起量為12.1mm。電力隧道結構的最大水平向變形為3.1mm，最大的豎向變形為-1.1mm。C 區基坑開挖完成后，地表的最大沉降變形為6.5mm。

3.3 穿越段基坑（B 區基坑） 開挖完成

B 區基坑開挖完成并回筑內部結構后，圍護結構的最大DX 向水平位移為3.8mm，發生在A 坑和B 區基坑之間分隔地墻的中下部位置；最大DY 向水平位移為18.4mm，發生在A 坑北側地墻基坑底部位置。

B 區基坑開挖完成后，基坑底的最大隆起量為13.9mm。電力隧道結構的最大水平向變形為3.0mm，最大豎向變形為5.0mm 的隆起量，發生在B 區基坑底部對應的隧道位置處。B 區基坑開挖完成后，地表的最大沉降變形為6.6mm。

通過計算，在三個基坑分別施工完成后的最大變形結果匯總如下表1。

表1 基坑施工中的最大變形結果匯總

從上表可以看出，基坑圍護結構、電力隧道等結構在基坑開挖過程中均滿足保護要求，地表沉降也滿足變形控制要求。

4 結語

綜合上述，本基坑在采取有效措施后是能滿足安全要求的，設計方案合理，能確保基坑安全及電力隧道的安全。經有限元計算預測分析，利用時空效應原理信息化施工，基坑開挖卸載后，對周邊環境產生的地表沉降附加變形影響可滿足基坑周邊地表沉降量控制標準，可為今后相關工程提供借鑒。