地鐵隧道旁側深基坑圍護方案探討

依托紹興地區亞運城市提升鏡水路綜合管廊工程某深基坑開挖實例，借助Midas NX 軟件建立三維有限元模型進行分析，比選了不同盾構井圍護方案下基坑開挖對旁側地鐵隧道的變形影響，通過方案優化比選，開挖前實施基坑端頭延伸加固的方案，施工工期短、造價低，且地鐵隧道變形可控，予以推薦。

地鐵； 隧道； 深基坑； 圍護方案

94+2A

［定稿日期］2023-06-19

［作者簡介］王安（1993—），男，碩士，工程師，研究方向為巖土工程。

0 引言

城鎮化建設過程中，市政工程地下開發往往受制于周邊建構筑物影響，城市地下空間用地趨近緊張，對市政空間的綜合開發提出了較高的控制要求。尤其針對已運營的軌道交通地下盾構隧道，整體抗變形能力較差，周邊地下空間開發變形控制要求相對較高。

紹興地區位于杭州灣南岸，寧紹平原西部，紹興北部大部屬湖沼相沉積平原地貌單元地層，分布海相沉積的深厚淤泥質軟土層，具有含水量大、高壓縮性、流塑等特點。地下空間開挖對土層的應力重分布，基坑變形大，易導致臨近運營地鐵隧道不斷產生變形和位移，影響地鐵運營安全。基于以上，學者開展了廣泛的研究與實踐［1］。目前相關研究主要基于數值模擬、現場施工、現場監測等方面進行研究，主要集中于基坑工程深度位于地鐵隧道以上工程，鮮有深厚淤泥質軟土地層工況下，開挖深度位于區間隧道以下的基坑研究分析。本文將依托紹興地區亞運城市提升鏡水路綜合管廊工程某盾構井深基坑開挖工程實例，借助Midas NX軟件建立三維有限元模型進行分析，比選不同圍護方案下地鐵隧道的變形影響。

1 工程概況

亞運城市提升鏡水路綜合管廊工程沿鏡水路和群賢路布置，北起錢陶公路，南至群賢路以南，東至群賢路與大越路交叉口西側，管廊全長約4.2 km。大南江以南，地鐵保護區施工內容為7#盾構井開挖及頂管施工。其中7#盾構井基坑尺寸為30 m×10 m，開挖深度為20.2 m，結合頂管施工需施加三軸攪拌樁端頭加固及MJS上跨區間加固。紹興地鐵1號線運營地鐵區間隧道為雙線，內徑5.9 m，外徑6.7 m，基坑前后50 m范圍內高程為埋深約12.8 m，與基坑凈距為24.0 m，相互關系如圖1、圖2所示。因7#井位于深厚淤泥質軟土地層，開挖深度超過20 m，通過調查原臨近地鐵車站施工數據，車站基坑圍護結構實際變形值超過100 mm，因此需對7#盾構井基坑圍護方案進行重點研究，以降低基坑開挖對地鐵運營的影響。

根據DB 133/T1139-2017《城市軌道交通結構安全保護技術規程》附表表B.0.1-c［1］，本工程中區間隧道結構安全狀況屬于Ⅲ 類，基坑深度大于20 m，距離15～25 m，保護等級為A級，基坑開挖時隧道結構安全控制指標值主要為水平位移小于14 mm，豎向位移小于15 mm。

場地土自上而下依次為①2素填土、③1-2淤泥質粉質黏土、⑥2粉質黏土、⑥4粉質黏土、⑦4粉質黏土、⑧1粉砂，基坑開挖范圍內為深厚的③1-2淤泥質粉質黏土層，各土層物理力學參數如表1所示。原初步設計采用1 000 mm厚度地下連續墻+2道混凝土支撐+4道鋼支撐；端頭加固為三軸攪拌樁加固，寬度為6 m，深度10 m；MJS上跨區間加固深度為地表以下2～10 m，寬度為28 m，加固參數均為水泥摻量25%，單軸抗壓強度大于1 MPa。

2 初步設計方案研究分析

按照原初步設計方案，逐步開挖基坑施加支護結構，為此建立三維模型分析基坑開挖對地鐵隧道的影響。

2.1 模型建立

本文采用GTS NX 有限元分析軟件，模擬分析基坑開挖對地鐵隧道的影響，如圖3所示，模型尺寸為尺寸長×寬×高=500 m×330 m×60 m，側面邊界限制水平位移，底面邊界同時限制豎向位移，頂面邊界不限制位移。

2.2 模型參數

土體參數選取地勘報告建議值，土體材料選用修正摩爾-庫倫模型，基坑支護結構選用線彈性模型。各支護結構參數詳見表2。

2.3 工況模擬

基坑開挖模擬步序表3所示。

2.4 計算結果

按照初步設計方案依次開挖，左線隧道最大豎向位移8.4 mm，最大水平位移18.9 mm，右線隧道最大豎向位移7.7 mm，最大水平位移16.5 mm，部分水平指標超過控制值14 mm，不滿足要求，需加強基坑圍護措施，控制對區間隧道變形的影響。

3 支護優化方案研究

3.1 方案一：延伸端頭地基加固

由圖2及前述計算可知，原三軸攪拌樁端頭加固深度10 m對控制地鐵區間變形作用較小，為控制基坑開挖對區間隧道變形的影響，結合原端頭加固實施，延伸加固深度至25 m，且提前于基坑開挖前實施，如圖4所示。

經模擬計算，該方案下，左線隧道最大豎向位移7.3 mm，最大水平位移13.5 mm，右線隧道最大豎向位移6.7 mm，最大水平位移11.9 mm，滿足控制值要求。

3.2 方案二：增加地下連續墻厚度

根據前述計算可知，原初步設計圍護方案地墻1 m，區間變形不滿足要求。故方案二考慮增強地下連續墻剛度，調整地下連續墻厚度為1.2 m。經模擬計算，該方案下，左線隧道最大豎向位移7.1 mm，最大水平位移13.1 mm，右線隧道最大豎向位移6.5 mm，最大水平位移11.6 mm，滿足控制值要求。

3.3 方案三：增設地鐵隧道MJS門式加固

由圖2及前述計算可知，原上跨區間MJS加固對控制地鐵隧道側向變形作用較小，為控制基坑開挖對地鐵隧道變形的影響，結合原上跨地鐵隧道MJS加固，增設MJS門式加固，加固寬度為3 m，加固深度至區間以下2 m，且提前于基坑開挖前實施，如圖5所示。

經模擬計算，該方案下，左線隧道最大豎向位移6.7 mm，最大水平位移12.4 mm，右線隧道最大豎向位移6.2 mm，最大水平位移11.1 mm，滿足控制值要求。

3.4 方案比選

對上述方案的綜合比選如表4所示，考慮到方案二工程造價增幅較大，方案三前期協調及工期影響難度較大，結合對地鐵隧道施工影響小，變形可控的原則，本工程推薦方案一。

4 結束語

本文依托紹興亞運城市提升鏡水路綜合管廊盾構井基坑

開挖工程，建立有限元模型，研究了深厚淤泥質軟土地質條件下旁側基坑開挖卸載對地鐵隧道的影響，得出結論如下：

（1）原初步方案水平位移超過控制值14 mm，不滿足規范要求，應采取措施加強對地鐵隧道的保護。

（2）基坑深度大于區間底的工況下，旁側基坑開挖時，區間隧道水平位移顯著大于豎向位移，地鐵監測應著重加強對水平位移的觀測。

（3）結合工程籌劃及方案比選，提前施工端頭延伸加固可有效減小基坑開挖對地鐵隧道的影響，且施工工期短、造價低，予以推薦。

參考文獻

［1］ 城市軌道交通結構安全保護技術規程： DB33/T1139-2017［S］.

［2］ 王景山. 明挖基坑開挖卸荷對運營地鐵隧道隆起變形影響研究［J］. 路基工程，2020 （6）：151-156.

［3］ 陸瑤. 基于HSS模型的盾構隧道施工對鄰近橋梁的影響及控制措施研究［D］. 濟南：濟南大學，2018.

［4］ 散騫騫， 王長丹， 周瑜亮. 基坑開挖對鄰近地鐵隧道管片變形的影響規律［J］. 城市軌道交通研究，2022， 131（8）：122-125.

［5］ 俞強. 鄰近地鐵深大基坑開挖變形與控制措施研究［J］. 建筑結構，2022 （12）：127-133.

［6］ 城市軌道交通結構安全保護技術規范： CJJ/T 202-2013［S］.