鄰域基坑開挖卸荷對既有隧道位移影響規律研究

郭海峰

（中鐵十六局集團有限公司，北京 100018）

1 工程實例統計

隨著城市軌道網絡化的深入發展，在地鐵隧道周圍進行基坑開挖已成常態。針對基坑開挖引起鄰近隧道變形問題已有很多研究，主要采用模型試驗[1]、數值模擬[2,3]和現場實測[4,5]等方法，但大多針對單一工程進行分析，鮮有大量工程的對比分析研究。因此，本文通過對40 個工程實測數據的整理統計（如表1 所示，其中有2 項屬同一隧道的不同線路），分析基坑開挖面積、開挖深度、隧道與基坑水平凈距和豎向凈距4 個因素對于基坑開挖卸荷引起隧道位移的影響規律。

表2-1 隧道側方鄰域基坑工程實例

注：①豎向凈距為“隧道拱頂埋深-基坑底部埋深”，所以負值表示隧道拱頂在基坑底部以上位置；②水平位移正值表示隧道向基坑方向移動；③豎向位移正值表示隧道隆起，負值表示隧道沉降。

2 不同基坑開挖卸荷因素對既有隧道位移影響規律分析

2.1 基坑開挖面積對隧道位移的影響

根據表1，隧道水平位移xd 的數據主要集中在基坑開挖面積A＜20000 m2，xd＜6 mm 內；隧道豎向位移zd 的數據主要集中在基坑開挖面積A＜20000 m2，-7 mm≤zd＜3 mm 內。數據離散型比較高，沒有明顯規律。主要有幾個原因：①不同工程限值要求不同，進而導致隧道保護措施不同，保護程度也不同，所以即使開挖面積相同，甚至更大，但是因為隧道更為敏感而加大保護力度，水平位移也就小了；②其他因素的綜合影響，如隧道與基坑凈距、土體條件等。

2.2 隧道與基坑水平凈距對隧道位移的影響

根據表1，隧道水平位移的數據主要集中在L（隧道與基坑水平凈距）＜16m，xd＜7.5 mm 內。分析相同隧道與基坑水平凈距條件下隧道的最大水平位移，則可知隧道水平位移隨著隧道與基坑水平凈距的增加而減小。

隧道豎向位移的數據主要集中在L＜16 m，-9 mm≤zd≤3 mm 內。分析相同隧道與基坑水平凈距條件下隧道的最大豎向位移，則可知隧道豎向位移的絕對值隨著隧道與基坑水平凈距的增加而減小；但是，隧道豎向位移的正負號變化離散度比較高，沒有明顯規律。

2.3 隧道與基坑豎向凈距對隧道位移的影響

根據表1，隧道水平位移的數據主要集中在-7.5 m≤h（隧道與基坑豎向凈距）≤5 m，xd＜7.5 mm 內。分析相同隧道與基坑水平凈距條件下隧道的最大水平位移，則可知隧道水平位移隨著隧道與基坑豎向凈距絕對值的增加而減小。

隧道豎向位移的數據主要集中在-7.5 m≤h≤6 m，-8 mm≤zd＜2 mm 內。數值上，沒有明顯規律。方向上，當隧道與基坑豎向凈距h＞3 m 后，隧道豎向位移大多為正值，即隆起；當h＜-7 m 后，隧道豎向位移大多為負值，即沉降；當-7 m＜h＜3 m 時，隧道豎向位移比較離散，沒有明顯規律。主要原因是：當h＞3 m 時，隧道整體均在基坑底部以下，并且有一定距離，此時隧道會因為基坑開挖的卸荷作用而隆起；當h＜-7 m 時，大多隧道（直徑≤6 m）整體均在基坑底部以上，此時由于基坑開挖的卸荷作用，基坑支護結構會向基坑內變形，隧道會隨著其后土體向基坑內移動，進而產生沉降；當-7 m＜h＜3 m 時，隧道受到復雜的應力場和位移場影響，豎向位移沒有明顯規律。

2.4 基坑開挖深度對隧道位移的影響

對于每個具體工程，隨著基坑的開挖，均是對“基坑開挖深度對隧道變形影響”的分析，同時因為其他因素變化小，能相對更準確體現基坑開挖深度的影響。例如，招商銀行深圳市分行基坑開挖項目[3]，基坑開挖深度為20.75 m，地鐵隧道拱頂埋深約18.63 m，基坑支護結構邊緣距離隧道約6.66 m。隨著基坑開挖深度的增加，實質上是卸荷量增加和卸荷位置加深，鄰域隧道的水平位移會逐漸增加；但是基坑開挖深度增加的時候，隧道與基坑底部的豎向凈距在不斷變化，根據前文分析，隧道的豎向位移變化比較復雜。

3 結論

根據搜集的40 個工程實例中的數據，分析了基坑開挖面積、開挖深度、隧道與基坑的水平凈距和豎向凈距4 個因素對側方隧道變形的影響規律，可得到如下結論：

1）基坑開挖面積對隧道位移的影響較為復雜；

2）隨著隧道與基坑的水平凈距的增加，隧道水平位移和豎向位移絕對值均會減小；

3）隨著隧道與基坑的豎向凈距絕對值的增加，隧道水平位移會減小，豎向位移數值上沒有明顯規律；

4）當豎向凈距為正值并較大時，隧道會隆起；當豎向凈距為負值并較大時，隧道會沉降；當豎向凈距絕對值較小時，隧道豎向位移沒有明顯規律。

5）隨著基坑開挖深度的增加，隧道水平位移逐漸增加，但隧道豎向位移變化較復雜；

6）各項因素的組合影響較為復雜，后續需要控制單一變量進行進一步研究。