深基坑施工引發(fā)地鐵隧道變形的控制策略探究

【摘要】近年來深基開挖的工程日益增多，與周圍建筑的水平距離不斷縮小，由此可能引發(fā)地鐵隧道及附屬結構的變形開裂而產(chǎn)生結構安全事故，如杭州地鐵湘湖站臨近深基坑在開挖中因沒有按時對墊層進行澆筑、施工方支護結構存在缺陷且設置支撐架時間較晚、勘測方給出的土體力學參數(shù)不符合力學理論等因素而出現(xiàn)大范圍坍塌，導致數(shù)十人傷亡。如何從深基坑開挖引發(fā)地鐵隧道變形的特征出發(fā)，研究并分析控制地鐵隧道變形的合理措施，實現(xiàn)深基坑開挖的高效施工并同時兼顧地鐵隧道的正常運營，已經(jīng)成為亟待解決的重要課題。

【關鍵詞】深基坑;地鐵隧道;變形;控制策略

1、深基坑施工對臨近地鐵隧道變形的特征及影響因素

深基坑施工對臨近地鐵隧道變形的特征可總結為如下兩點：當深基坑位于隧道上方時，土體產(chǎn)生回彈后隧道也隨之出現(xiàn)隆起現(xiàn)象且類似于正態(tài)曲線分布，下臥隧道的最大隆起處和深基坑的施工中心相近且逐漸向兩側擴展，到達圍護結構時隆起值縮小，遠離后隆起稍微增大;當深基坑位于隧道一側時，隧道橫斷面的變形往往呈現(xiàn)“橫鴨蛋形”，并出現(xiàn)斜向坑底的位移。

研究表明，深基坑施工對地鐵隧道水平位移影響的大小因素為：基坑與隧道的高差>隧道與基坑的水平凈距>內(nèi)支撐的斷面積>地連墻的彈性模量;深基坑施工對地鐵隧道豎向位移影響的大小因素為：隧道與基坑的水平凈距>基坑與隧道的高差>內(nèi)支撐的斷面積>地連墻的彈性模量。

2、深基坑施工引發(fā)地鐵隧道變形的控制策略

2.1 外部增強加固措施

從表1中所列的案例可以看出，充分利用深基坑開挖的時空效應，采用分層、分區(qū)、分塊開挖現(xiàn)結合、設置相應抑制坑底土體回彈的措施，能夠有效控制深基坑施工引發(fā)的地鐵隧道變形。

第一，拉槽開挖+土體加固。如開挖深度為4.5～19.7m的廣州南站區(qū)域地下空間及市政配套設施工程項目基坑與周邊隧道（7號線）存在著敏感的相鄰位置關系，基坑圍護結構主要采用地連墻或鉆孔灌注樁+混凝土內(nèi)支撐的支護方式，7號線正上方基坑采用重力式擋土墻及放坡的支護形式。基坑開挖時，左線隧道已經(jīng)施工完成，右線正在推進，為確保基坑開挖階段地鐵隧道的安全，對7號線右線進行預加固，對左線地層實施后加固，加固采用?600@450密排式攪拌樁加固，水泥摻量為20%，加固體28天強度在0.8Mpa以上。采用如上土體加固措施后，隧道上隆最大位移減少了62.4%，將隧道豎向位移控制在允許值范圍內(nèi)。

第二，抽條開挖+板錨（樁）支護。如廣州天河東路下穿隧道基坑工程的開挖深度為7.34m，經(jīng)過運營的3號線左、右線上方，基坑南北兩側采用?1200mm鉆孔灌注樁，樁間采用高壓旋噴樁止水。沿東西方向人工抽條放坡開挖坡率為1：1.5，掛網(wǎng)采用?6@30×30mm的鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)經(jīng)過垂直坡度面的?16鋼筋錨桿固定。開挖至標高后及時安裝板錨支護以約束土體，控制地鐵隧道的隆起位移。采用如上土體加固措施后，既有地鐵隧道豎向位移最大值約為2.5mm，水平位移為0.7mm。

2.2 隧道結構加固措施

第一，隧道周邊注漿加固。對隧道周邊土體進行注漿，增大隧道周邊土體的強度和剛度，提高土層地基基床系數(shù)，改善隧道結構與周圍土體的接觸特性，從而增大隧道的縱向剛度。如有研究表明，當隧道周邊砂層加固體水灰比為0.6時，深基坑開挖引起的隧道豎向位移減小9.9mm，減小了28.1%;當隧道周邊砂層加固體水灰比為1.2時，深基坑開挖引起的隧道豎向位移減小5.2mm，減小了14.8%。

第二，隧道管片加固。內(nèi)貼鋼板加固法是在隧道內(nèi)側粘貼鋼板，利用鋼板和管片間填充高粘結能力、高強度的膠結材料及膨脹螺栓，使鋼板和管片成為整體以提高結構剛度，抵抗結構變形。如有研究表明，當隧道內(nèi)側加固鋼板厚度為20mm時，深基坑開挖引起的隧道豎向位移減小9.5mm，減小了27.0%;當隧道內(nèi)側加固鋼板厚度為50mm時，深基坑開挖引起的隧道豎向位移減小13.3mm，減小了37.8%。

2.3 施工過程監(jiān)測

自動化監(jiān)測技術可以實時動態(tài)掌握深基坑開挖引起的地鐵隧道變形，以便采取針對性預防措施，及時消除影響地鐵隧道安全的隱患，切實做到動態(tài)施工。監(jiān)控中心服務器統(tǒng)一管理多臺功控計算機，每臺計算機通過供電與通訊系統(tǒng)控制一臺自動全站儀，自動全站儀能自動搜索、跟蹤、識別和精確照準目標，獲取距離、角度、坐標和影像等信息，自動完成對監(jiān)測斷面的變形觀測。

在布置及使用自動化監(jiān)測系統(tǒng)時，需要遵循如下原則：以地鐵隧道結構安全監(jiān)測為主，選取反映地鐵隧道結構整體或局部變形和重要結構部位設置監(jiān)測點，布置監(jiān)測儀器設備，構建監(jiān)測系統(tǒng)（施工期間，監(jiān)測系統(tǒng)對地鐵隧道結構在水平方向及垂直沉降方向的變形變位值進行自動測量）;監(jiān)測系統(tǒng)同時配備專業(yè)系統(tǒng)維護人員及監(jiān)測工程技術人員，以確保系統(tǒng)正常運行和及時提供信息;監(jiān)測精度必須控制到位，水平位移、變形及沉降監(jiān)測需要滿足二級變形測量的精度要求（優(yōu)于1mm精度），每一個監(jiān)測點每次測量不少于2測回，監(jiān)測頻率根據(jù)基坑施工深度確定，根據(jù)施工對地鐵隧道的影響減小或增加頻度;當監(jiān)測到地鐵隧道結構突然發(fā)生較大量的變形和不均勻變形，立即通知監(jiān)理、施工及設計等單位，加密監(jiān)測周期，采取措施防止地鐵隧道變形破壞。

結語：

深基坑開挖勢必會引起周圍土體和地鐵隧道的位移變形，因此在實際工程中，要事先做好變形預測，盡量使施工荷載遠離隧道并控制隧道與基坑的高差，規(guī)范好地鐵的最小覆土深度。

參考文獻：

[1]侍虎.淺談深基坑開挖對臨近地鐵隧道影響[J].中國科技縱橫，2019，000（008）：109-110.

[2]劉探梅，李玎.基坑開挖引起下部地鐵隧道變形的有效控制分析[J].工程技術研究，2019（9）：36-36.

作者簡介：

芮開虎（1986.04.30），男，大學本科，江蘇南京，工程師，研究方向為巖土工程。