地鐵隧道側(cè)方基坑支護(hù)設(shè)計(jì)控制

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[摘要]地鐵隧道側(cè)方基坑開(kāi)挖，必須嚴(yán)格控制基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵線路的影響，確保既有地鐵線路的正常運(yùn)營(yíng)。以深圳地鐵9號(hào)線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)側(cè)方新建某基坑工程為背景，對(duì)鄰近地鐵隧道的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工方案及地鐵隧道變形數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)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(hù)設(shè)計(jì)和施工方案對(duì)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(hù)形式，在提高支護(hù)剛度的同時(shí)便于基坑開(kāi)挖，陰角部位采用角撐支護(hù)，降低對(duì)地鐵的影響；（3）通過(guò)變形數(shù)值模擬分析，地鐵隧道變形滿足規(guī)范要求，同時(shí)能確?；拥陌踩?/p>

[關(guān)鍵詞]地鐵隧道；基坑；支護(hù)設(shè)計(jì)；變形

引言

地鐵隧道側(cè)方基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)存在一定風(fēng)險(xiǎn)，必須嚴(yán)格控制基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵線路的影響，確保既有地鐵線路的正常運(yùn)營(yíng)。地鐵周邊工程項(xiàng)目建造風(fēng)險(xiǎn)大，一旦發(fā)生事故將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響，因此對(duì)地鐵隧道側(cè)方基坑開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析非常必要。況龍川等[1~2]分析了深基坑施工對(duì)地鐵隧道的影響，結(jié)果顯示地鐵隧道側(cè)方開(kāi)挖基坑將會(huì)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(cè)結(jié)果，從隧道的垂直沉降、水平移動(dòng)以及隧道的橫向變形角度分析了基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵隧道的影響；程斌等[4]以上海地鐵2號(hào)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(guò)計(jì)算分析不同施工方案對(duì)地鐵隧道的影響，提出控制隧道變形的相關(guān)對(duì)策。以上論文大多從理論和實(shí)測(cè)的角度出發(fā)分析基坑施工對(duì)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(hù)設(shè)計(jì)研究。本文以深圳地鐵九號(hào)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(hù)設(shè)計(jì)、施工方案和地鐵隧道變形數(shù)值模擬結(jié)果等方面進(jìn)行總結(jié)分析。

1工程概況

項(xiàng)目基坑位于深圳市羅湖區(qū)筍崗街道城建梅園片區(qū)，場(chǎng)地原為倉(cāng)儲(chǔ)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(xiàng)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(hào)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(hào)線最近距離為30m；西南側(cè)為廣田集團(tuán)大廈，距離廣田集團(tuán)大廈紅線約12m；南側(cè)為學(xué)校用地，目前為空地；東側(cè)為寶安北路。基坑側(cè)壁土層存在填土層、砂土層及有機(jī)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(xiàng)目場(chǎng)地原始地貌屬于沖洪積平原地貌，場(chǎng)地較平整?？辈炱陂g，實(shí)測(cè)場(chǎng)地44個(gè)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(chǎng)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(hào)線泥崗站～紅嶺北站區(qū)間隧道從本工程西側(cè)地下穿過(guò)，基坑支護(hù)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(kāi)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(jì)方案

對(duì)于基坑，其支護(hù)體系變形控制是十分嚴(yán)格的。根據(jù)《深圳市基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》的要求，基坑支護(hù)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(duì)于已運(yùn)營(yíng)的地鐵隧道，其變形控制要求也是十分嚴(yán)格的。根據(jù)深圳地鐵集團(tuán)印發(fā)的《城市軌道交通安全保護(hù)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(hù)第三方監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)》有關(guān)規(guī)定：“城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對(duì)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(yán)格的變形限值，要求設(shè)計(jì)階段必須確定合理的基坑支護(hù)和開(kāi)挖方案；施工階段必須選用合理的施工參數(shù)，并精心進(jìn)行施工組織。

3.1基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

基坑支護(hù)充分考慮基坑特點(diǎn)、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(hù)，支護(hù)樁采用鉆（沖）孔灌注樁，樁直徑1.4m，間距1.8m，支護(hù)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(hù)，陰角部位采用角撐進(jìn)行支護(hù)。

3.2基坑施工控制

基坑分層開(kāi)挖、分層支護(hù)、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、信息化施工?；訉?duì)地下水采用咬合樁全封閉止水，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(guò)三級(jí)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(kāi)挖時(shí)，在坑內(nèi)開(kāi)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(cè)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(hù)變形分析

基坑變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度等關(guān)系著基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊地鐵、建筑物等的安全。為校核基坑設(shè)計(jì)方案滿足相關(guān)規(guī)范、規(guī)程情況，驗(yàn)證其安全性，根據(jù)上述理論計(jì)算方法，采用國(guó)內(nèi)常用的基坑計(jì)算軟件—理正深基坑7.05對(duì)地鐵側(cè)支護(hù)區(qū)段進(jìn)行復(fù)核。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，臨近地鐵側(cè)的支護(hù)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(jì)算最大值為28.12mm，滿足《深圳市基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（SJG05—2011）一級(jí)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(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工特點(diǎn)，分析基坑開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)的變形情況。通過(guò)數(shù)值計(jì)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(kāi)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(kāi)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(dāng)完成基坑土體開(kāi)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?；庸こ涕_(kāi)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(kāi)挖過(guò)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(hù)設(shè)計(jì)和施工方案對(duì)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(hù)形式，在提高支護(hù)剛度的同時(shí)便于基坑開(kāi)挖，陰角部位采用角撐支護(hù)，降低對(duì)地鐵的影響。（3）通過(guò)變形數(shù)值模擬分析，地鐵隧道變形滿足規(guī)范要求，同時(shí)能確保基坑的安全。（4）建議對(duì)施工過(guò)程的安全性、可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控；施工過(guò)程中應(yīng)避免劇烈振動(dòng)，嚴(yán)格控制施工機(jī)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(yán)禁施工過(guò)程中在地鐵隧道上方進(jìn)行大面積、大荷載、長(zhǎng)時(shí)間的堆載和大型工程車等設(shè)備運(yùn)行。

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[6]王衛(wèi)東，沈健，翁其平.基坑工程對(duì)鄰近地鐵隧道影響的分析與對(duì)策[J].巖土工程學(xué)報(bào)，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