基坑工程施工對鄰近地鐵盾構隧道的影響

張養鵬

摘要：新建基坑工程施工過程中，在確保基坑自身安全的同時，也要控制由于基坑施工引起的土體位移，保證鄰近地鐵的安全和正常運營。本文結合施工案例，對基坑工程施工對鄰近地鐵盾構隧道的影響進行了分析，以期為相關從業人員提供參考。

關鍵詞：基坑工程;施工影響;地鐵盾構隧道

0引言

越來越多的基坑工程逐漸建設于地鐵隧道附近，應當重視研究和分析基坑工程施工對鄰近地鐵盾構隧道的影響，從而有效保護地鐵隧道的安全和正常運營。

1工程案例

以某工程為例，該工程共有四層地下室，基坑開挖深度為16.9m。場地北側緊鄰地鐵（隧道底埋深約15.9m），基坑距隧道的最小近距8.4m;東面緊貼停工多年的某大廈基坑（逆作法施工到負一至二層），本基坑支護與其共用已完成的連續墻;西面為某建筑，最近距離約12m;南面約30m處為高層住宅樓。

本基坑支護采用鋼筋混凝土地下連續墻（兼做地下室外墻和邊樁基礎）及二道鋼筋混凝土內支撐作為基坑支護體系及止水帷幕。地連墻在臨近地鐵邊的厚度為800mm，因西南角地層較差，連續墻厚度為1000mm。其余各邊的連續墻厚度均為800mm。東邊與相鄰基坑的地連墻合用。為減少可能的變形，兩道內支撐在地下室結構回筑時不拆除，在地下室樓板結構完成后再拆。該工程地層包括人工填土層、沖積層、殘積層及白堊系沉積巖四層。根據現場量測的勘察鉆孔水位，場地的地下水位埋深為1.10～2.00m。本場地地下水類型可分為上層滯水、孔隙水和基巖裂隙水三種。根據抽水試驗，總體水量不豐富。

2基坑工程對地鐵隧道的影響分析

通過相關水文地質條件分析以及有限元模擬工況，可得基坑工程對地鐵隧道的影響情況如下。

2.1地連墻成槽對鄰近地鐵隧道的影響

本項目基坑與地鐵隧道靠近側應用800mm厚的地連墻作為基坑支護擋土及止水體系，地連墻外壁距離隧道結構外壁凈距為8.4m，地連墻底約比隧道底深7m，若是近距離地連墻成槽施工，很有可能會影響地鐵隧道結構。結合基坑支護設計圖紙，按照k.r.h的三角形面壓力進行泥漿對地連墻成槽側壁壓力的計算，可以發現泥漿側向壓力隨著槽段深度的增加呈現線性增大趨勢，且由于周圍土體的土層越深越好，所以靜止土壓力并未明顯隨著深度的增加而發生變化。也就是說，當泥漿側壓力到達一定深度后，將大于該深度原始靜止土壓力。而當泥漿壓力大于同一深度處的靜止土壓力時，槽段將向外擴大，隧道將會往遠離槽段的方向移動。根據相關計算得出地連墻成槽對隧道造成背向槽段最大位移約1.561mm，因此無法明顯改變隧道管片內力，可以得出地連墻成槽對地鐵隧道結構的影響較小的結論。

由于本項目基坑地連墻外壁與地鐵盾構區間隧道結構外壁最小凈距為8.4m，且隧道底埋深約比基坑淺1m，所以基坑開挖將會影響鄰近地鐵隧道。同時由于施工場地具有較高的地層性質，并且基坑開挖過程中地下水位變化小于1m，因此不考慮地下水位的變化對隧道位移的影響。根據具體分析，基坑開挖導致隧道結構位移數值為4.97mm，實測結果為地鐵隧道最大水平位移為8.5mm，大于數值分析結果，小于相關標準規定的地鐵結構設施附加最大絕對位移20mm。

根據地下連續墻位移和隧道位移數據的分析，發現當基坑開挖指第一道基坑底（約4m左右）時，基坑北面連續墻（靠近隧道側）的水平位移為0mm，而此時地鐵隧道的最大水平位移值已達到了3.6mm。隧道的位移包括水平位移和垂直位移，主要是由于基坑圍護結構的變形及坑底土隆起造成，其中隧道的水平位移主要是由于基坑嗣護結構的變形和側移引起。此時基坑周護結構的變形為0，而隧道位移卻達到了3.6mm，隧道實際位移值大于數值模擬值的原因可能有以下幾點：第一，由于模擬較大模型的盾構隧道通常采用彈性均質圓環模型，而實際盾構隧道管片間是采用螺栓連接，同時由于本工程隧道并非新建，可能存在管片發生縱縫張開，或存在錯臺量的情況;第二，雖然支護的地連墻可以兼做止水帷幕，但地連墻并不能完全阻止基巖裂隙水的滲漏，地下水位發生變化也是影響結果的因素之一。坑外地下水的滲漏，會導致土中應力發生變化，土體壓縮固結，這也可能影響隧道的位移值。第三，利用有限元數值分析是通過相關地質水文資料的簡化和歸整進行建模，可能與施工現場的地質情況、施工工藝、施工質量等存在差異，從而導致實際隧道位移較大。

分析地鐵區間隧道結構受力情況，可以看出深基坑施工在一定程度上影響了鄰近地鐵盾構區間隧道的受力狀況，但未明顯改變隧道結構，可以認為隧道結構是安全的。還可以從隧道的內力及位移變化值得出以下幾點：第一，由于隧道底部和基坑底部高程幾乎一致，在第二道基坑內撐以下進行土方開挖時，隧道內力和位移可能發生較大變化，所以應當在基坑開挖至第二道內撐以下時，采取分區、分塊、分層的方式進行土方開挖，不能超挖，也不可一次性挖除隧道側基坑的大量土體，應按照設計的分層開挖厚度進行開挖。第二，由于基坑端部兩側支護結構的相互約束作用，基坑端部及端部以外區域的隧道變形微小，基坑開挖對隧道的影響范圍主要集中在基坑寬度范圍內。隧道最大位移發生在基坑北側中部偏東北角的位置，這是因為基坑北側的最大側向位移發生在基坑中部，而隧道與基坑的最近點在基坑的東北角。第三，本基坑兩道內支撐在回筑時不拆除，待地下室樓板完成后再拆除。基坑開挖對隧道的影響在地下室底板澆筑完成后己基本穩定。而且由于地下室底板抑制了土體的隆起且對隆起土體的反壓作用，隧道變形微有回收，即變形往隧道原狀態發展。

3結束語

綜上所述，影響鄰近地鐵盾構隧道的因素主要在于基坑開挖方面，因此基坑開挖需要嚴格按照“分區、分塊、分層”的原則，并采取留（堆）土反壓控制方案，防止基坑內側土體對圍護機構產生影響。