地鐵隧道側(cè)方基坑支護設(shè)計控制

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[摘要]地鐵隧道側(cè)方基坑開挖，必須嚴格控制基坑開挖對地鐵線路的影響，確保既有地鐵線路的正常運營。以深圳地鐵9號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)側(cè)方新建某基坑工程為背景，對鄰近地鐵隧道的基坑支護設(shè)計、施工方案及地鐵隧道變形數(shù)值模擬結(jié)果進行分析總結(jié)。主要得出以下結(jié)論：（1）選擇合理的基坑支護設(shè)計和施工方案對控制相鄰地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形至關(guān)重要；（2）緊鄰地鐵隧道的基坑采用樁+環(huán)形撐的支護形式，在提高支護剛度的同時便于基坑開挖，陰角部位采用角撐支護，降低對地鐵的影響；（3）通過變形數(shù)值模擬分析，地鐵隧道變形滿足規(guī)范要求，同時能確?；拥陌踩?/p>

[關(guān)鍵詞]地鐵隧道；基坑；支護設(shè)計；變形

引言

地鐵隧道側(cè)方基坑開挖對地鐵運營存在一定風險，必須嚴格控制基坑開挖對地鐵線路的影響，確保既有地鐵線路的正常運營。地鐵周邊工程項目建造風險大，一旦發(fā)生事故將造成嚴重的經(jīng)濟損失及社會影響，因此對地鐵隧道側(cè)方基坑開挖過程進行風險分析非常必要。況龍川等[1~2]分析了深基坑施工對地鐵隧道的影響，結(jié)果顯示地鐵隧道側(cè)方開挖基坑將會引起隧道向基坑方向產(chǎn)生較明顯側(cè)移并使隧道斷面呈橢圓形的變形；蔣洪勝等[3]基于鄰近基坑的地鐵隧道變形監(jiān)測結(jié)果，從隧道的垂直沉降、水平移動以及隧道的橫向變形角度分析了基坑開挖對鄰近地鐵隧道的影響；程斌等[4]以上海地鐵2號線基坑工程為背景，分析了基坑與鄰近隧道的相互影響，提出地基基礎(chǔ)加固和結(jié)構(gòu)加固可有效控制隧道的變形；王衛(wèi)東等[5~6]通過計算分析不同施工方案對地鐵隧道的影響，提出控制隧道變形的相關(guān)對策。以上論文大多從理論和實測的角度出發(fā)分析基坑施工對隧道變形的影響，而較少有基于地鐵變形控制方面的基坑支護設(shè)計研究。本文以深圳地鐵九號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)側(cè)方新建某基坑工程為背景，從基坑的支護設(shè)計、施工方案和地鐵隧道變形數(shù)值模擬結(jié)果等方面進行總結(jié)分析。

1工程概況

項目基坑位于深圳市羅湖區(qū)筍崗街道城建梅園片區(qū)，場地原為倉儲物流區(qū)，現(xiàn)已拆除完畢。周邊主要為居民區(qū)、辦公商業(yè)區(qū)。本項目基坑西北側(cè)為深城公寓，距離深城公寓建筑約12m；北側(cè)為正在建設(shè)的地鐵14號線，最近距離約38.0m；西側(cè)為紅嶺北路，距離紅嶺北路約20m，距紅嶺北路下地鐵9號線最近距離為30m；西南側(cè)為廣田集團大廈，距離廣田集團大廈紅線約12m；南側(cè)為學校用地，目前為空地；東側(cè)為寶安北路?；觽?cè)壁土層存在填土層、砂土層及有機質(zhì)土層，每層的平均厚度約2m~4m，基坑挖深20.50m~23.0m。

2工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境

2.1地質(zhì)概況

項目場地原始地貌屬于沖洪積平原地貌，場地較平整?？辈炱陂g，實測場地44個孔的孔口高程14.10m～16.16m，最大高差為2.06m。根據(jù)鉆探揭露，場地內(nèi)地層自上而下依次為：人工填土層（Qml）、第四系沖洪積層（Q4al+pl）、第四系殘積層（Qel），下伏基巖為南華系筆架山群變質(zhì)石英砂巖（NhB）。

2.2周邊環(huán)境

深圳地鐵9號線泥崗站～紅嶺北站區(qū)間隧道從本工程西側(cè)地下穿過，基坑支護樁距離地鐵隧道約26.5m，隧道埋深約21m，該區(qū)段地鐵隧道采用盾構(gòu)法施工，基坑開挖邊線與地鐵隧道的位置關(guān)系如圖1、圖2所示。

3設(shè)計方案

對于基坑，其支護體系變形控制是十分嚴格的。根據(jù)《深圳市基坑支護技術(shù)規(guī)范》的要求，基坑支護整體穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.35，抗隆起穩(wěn)定性不小于2.2。對于已運營的地鐵隧道，其變形控制要求也是十分嚴格的。根據(jù)深圳地鐵集團印發(fā)的《城市軌道交通安全保護區(qū)內(nèi)工程建設(shè)管理工作辦事指南》中的《城市軌道交通安全保護第三方監(jiān)測控制指標》有關(guān)規(guī)定：“城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對沉降量及水平位移量≤10mm(包括各種加載和卸載的最終位移量)”，如此嚴格的變形限值，要求設(shè)計階段必須確定合理的基坑支護和開挖方案；施工階段必須選用合理的施工參數(shù)，并精心進行施工組織。

3.1基坑支護設(shè)計

基坑支護充分考慮基坑特點、地質(zhì)條件、周圍環(huán)境及工程要求等因素，基坑整體采用樁+環(huán)形撐支護，支護樁采用鉆（沖）孔灌注樁，樁直徑1.4m，間距1.8m，支護樁間采用1.0m素樁咬合。內(nèi)支撐采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，第1道輻射撐截面尺寸800mm×1000mm，第1道環(huán)撐截面尺寸2000mm×1000mm，第2道輻射撐截面尺寸800mm×1000mm，第2道環(huán)撐截面尺寸2000mm×1000mm，第3道輻射撐截面尺寸1000mm×1000mm，第3道環(huán)撐截面尺寸2000mm×1500mm，第1道支撐頂整體澆筑300mm厚鋼筋混凝土板。01-03地塊、01-05地塊北側(cè)及南側(cè)均有放坡空間，采用放坡+樁錨支護，陰角部位采用角撐進行支護。

3.2基坑施工控制

基坑分層開挖、分層支護、加強監(jiān)測、信息化施工?；訉Φ叵滤捎靡Ш蠘度忾]止水，形成止水帷幕。地表水治理是在坑坡頂修砌截流溝，阻斷地表徑流，基坑坡腳修砌排水溝，匯集坑底積水至集水池，用水泵抽出基坑，通過三級沉淀池排至市政雨水管；放坡坡面設(shè)置泄水管，將坡體內(nèi)的水引至坡外，保證基坑放坡的穩(wěn)定。在基坑開挖時，在坑內(nèi)開挖排水溝和集水井將坑內(nèi)地下水疏干?？油庠O(shè)置地下水觀測孔及回灌井措施，維持坑外地下水位在合理的高程范圍。

4變形分析

4.1基坑支護變形分析

基坑變形、支護結(jié)構(gòu)的剛度等關(guān)系著基坑支護結(jié)構(gòu)及周邊地鐵、建筑物等的安全。為校核基坑設(shè)計方案滿足相關(guān)規(guī)范、規(guī)程情況，驗證其安全性，根據(jù)上述理論計算方法，采用國內(nèi)常用的基坑計算軟件—理正深基坑7.05對地鐵側(cè)支護區(qū)段進行復核。根據(jù)計算結(jié)果，臨近地鐵側(cè)的支護整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.971≥1.35，整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求?？孤∑鸱€(wěn)定性Ks=13.998≥2.20，抗隆起穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。水平變形計算最大值為28.12mm，滿足《深圳市基坑支護技術(shù)規(guī)范》（SJG05—2011）一級基坑控制要求。

4.2地鐵隧道變形分析

利用MidasGTSNX有限元分析軟件建立三維有限元模型，如圖3所示。根據(jù)基坑與鄰近地鐵區(qū)間隧道的平面及立面關(guān)系以及基坑工程支護結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工特點，分析基坑開挖過程中支護結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)的變形情況。通過數(shù)值計算得到隧道結(jié)構(gòu)變形情況與施工工況有關(guān)，隨著基坑逐步開挖卸載，地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形逐漸增大。地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形最大值出現(xiàn)在基坑開挖到底工況，最大變形值2.84mm，最大變形位置出現(xiàn)在距離基坑最近處的隧道側(cè)壁處。結(jié)果表明，當完成基坑土體開挖完成后，隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形最大，隧道結(jié)構(gòu)的最大水平變形為2.84mm；隧道結(jié)構(gòu)的最大豎向變形為1.02mm，均小于10mm。基坑工程開挖引起的地鐵隧道結(jié)構(gòu)水平變形和豎向變形都滿足規(guī)定要求，基坑開挖過程中地鐵隧道結(jié)構(gòu)是安全穩(wěn)定的。

5結(jié)論及建議

（1）選擇合理的基坑支護設(shè)計和施工方案對控制相鄰地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形至關(guān)重要。（2）緊鄰地鐵隧道側(cè)基坑采用樁+環(huán)形撐的支護形式，在提高支護剛度的同時便于基坑開挖，陰角部位采用角撐支護，降低對地鐵的影響。（3）通過變形數(shù)值模擬分析，地鐵隧道變形滿足規(guī)范要求，同時能確?；拥陌踩?。（4）建議對施工過程的安全性、可靠性和準確性進行嚴密監(jiān)控；施工過程中應(yīng)避免劇烈振動，嚴格控制施工機械、爆破等的影響，避免大范圍大幅度的地下水位下降現(xiàn)象出現(xiàn)；嚴禁施工過程中在地鐵隧道上方進行大面積、大荷載、長時間的堆載和大型工程車等設(shè)備運行。

參考文獻

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[3]蔣洪勝，侯學淵.基坑開挖及臨近軟土地鐵隧道的影響[J].工業(yè)建筑，2002（5）:53-56.

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[5]王衛(wèi)東，吳江斌，翁其平.基坑開挖卸載對地鐵區(qū)間隧道影響的數(shù)值模擬[J].巖土力學，2004，25（S2）：251-255.

[6]王衛(wèi)東，沈健，翁其平.基坑工程對鄰近地鐵隧道影響的分析與對策[J].巖土工程學報，2006，28（S1）：1340-1345.

作者：杜明禮 顏榮華 單位：江蘇中匯巖土工程有限公司