深基坑施工对地铁盾构隧道的影响分析

王宇航

摘要：随着城市建设的高速发展，出现了不少基坑开挖工程骑跨在已建地铁隧道的上方，特别是相互间距离很小的情况。由于地铁隧道变形控制极为严格，如何采取有效措施控制隧道的变形，是值得摸索和研究的课题。在已建地铁盾构隧道上方开挖大面积的基坑工程，对隧道上浮、基坑回弹隆起和隧道结构变形成为施工过程中控制的难点。本文主要分析了深基坑施工对地铁盾构隧道的影响，为类似的工程提供了一些理论指导。

关键词：深基坑施工地铁盾构隧道影响

中图分类号：U231文献标识码： A

深基坑施工对地铁盾构隧道结构和运营有重大潜在影响，因此，必须在深基坑施工期间对地铁盾构隧道结构进行监控，防止由于深基坑施工导致隧道结构事故，影响列车运营安全。

一、关于深基坑施工要点分析

1.在降水施工过程中，必须先施工具有代表性的1-2口井进行抽水试验，校核水文地质设计参数后，方可进行其它降水井施工。管井施工应按规定进行施工与质量验收，实管、滤水管的长度及井管外侧回填料的高度应根据降水井的深度、地层结构及降水要求而定。管井抽水开泵后30min 取水样测试，其含砂量应小于1/50000，如抽水时间在3个月以上含砂量应小于1/100000。在降水维持运行阶段，应配合土方开挖和地下室施工时对抽排水量、地下水位、环境条件变化进行控制。

2.基坑工程施工过程中必须进行监测，制定切实可行的详细的监测方案，并通过监测数据指导基坑工程的施工全过程。

二、关于地铁盾构隧道的安全标准

在深基坑施工对地铁盾构隧道不造成破坏，采用的地铁隧道保护标准为:地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量不大于20mm；隧道变形曲线的曲率半径不小于15000m；相对弯曲不大于 1 /2 500；收敛变形小于20mm；满足地铁盾构隧道设计自身预留径向沉降不超过50mm的控制标准。

三、关于实例分析

1.工程概况。金沙湖绿轴下沉式广场位于杭州下沙金沙湖北侧九沙大道和彩虹绿轴交叉口处，西临地铁1号线下沙西站，广场为月牙形。总面积为14580m2，其下为地铁1号线盾构区间上、下行线，坑底距盾构管片最小距离为3.17m，隧道外径6.2m，广场核心区上方为上跨下沉广场的大道连续钢箱梁桥(3m+22.5m+22.5m +3m)。广场平均开挖深度为5.3m，桥梁桩基承台开挖深度为6.8m，本工程土建部分于2011年12月完成，经后续1年的连续监测，各构筑物无变化。

2.周边环境及工程水文地质。场区建设期间，周围环境相对较好，其下为地铁1号线下沙西站—中心站盾构区间外。开挖土层主要有: 地铁盾构区间位于1层粉质砂土和1层砂质粉土。

3.围护和降排水设计。下沉广场周边按设计的景观缓坡式放坡，部分地段采用挂网锚喷，地铁盾构区间范围为本基坑的核心区，地基加固采用三轴搅拌桩满堂套打加固，剖面呈“门”字形 ，其中隧道两侧土体。灌注桩桩基分为 3类: 加固抗拔桩81根，桩长45.2m，布设在隧道两侧，共3排；结构抗拔桩45根；桥梁桩基24根,桩长 56.78m。地铁隧道内部加固措施，原拟采用型钢“米”字形加固，管片纵向采用型钢连接，法向采用增设锚杆注浆，应急情况下，隧道内堆载压重措施，因地铁铺轨和试车需要，同时也为今后在地铁运营情况下，地铁上部类似基坑工程设计施工提供经验的需要，隧道内部不作任何加固处理，对施工提出了较高要求。根据本场地地质水文情况、工程基坑开挖及基础底板结构施工要求，同时考虑地铁隧道的有效保护，采用自流深井降水，内放300UPVC 管，各管井间距在15-20m，分两种深度的降水井施工，非核心区共设83口，井深 16m，核心区设10口，井深 10m，基坑周边设400mm×400mm的排水沟。

4.施工方案

（1）隧道开挖分段分区数值模拟。取长度为 300m、高度为 150m 范围内的土体作为计算对象，建立ANSYS模型，隧道顶部开挖宽度按照34m考虑，模拟开挖后计算坑脚最大隆起量为9mm，已超出设定报警值，必须分区分段进行开挖。mm，已超出设定报警值，必须分区分段进行开挖，如图所示。

（2）开挖分区。根据地铁隧道保护和施工总体进度要求，施工开挖分两期进行，一期为广场隧道盾构穿越段即核心区土方开挖，该区域长53.4m宽 33.2m；二期为广场南、北两侧非核心区开挖。

（3）开挖分段分层跳槽。广场基底距离左线隧道管片顶最小距离为 3.17m，距离右线隧道管片顶的最小距离为4.33m，开挖深度为 5.3m，桥梁承台位置为5.95m；开挖依据“时空效应”理论，以及纵向分段、竖向分层、分步、对称的原则，结合数值模拟分析确定每次开挖的长度为 33.2m，宽度为 5．75-6.00m，分层开挖厚度不超过2m，开挖和底板钢筋绑扎混凝土浇筑时间不超过 24h。跳槽开挖顺序: 2(8)→4(6)→1(9)→3(5,7)，如图所示。

（4）坑底及时压重加载核心区分段开挖及时浇筑垫层和底板混凝土后，为减少坑底回弹变形量，采取临时堆载措施，一方面降低卸荷水平，另一方面尽可能缩短卸荷后的暴露时间，堆载通常在底板混凝土具备一定强度后即可进行，加载也可在隧道内部进行，以适当平衡上部土体开挖的卸荷量。

5.工程监测。监测内容及监测数量如下: 坑外土体位移测斜孔13个，坑外地下水位观测孔34个，地表沉降观测点244个，管片沉降、收敛、水平位移观测218环，坑内利用管井水位观测点10个。隧道沉降、收敛报警值: 累计变形 8mm，连续3d的位移速率超过2mm /d。对隧道管片沉降、收敛、水平位移采用信息化法实时采集数据，根据实际施工监控，在三轴搅拌套打过程中，隧道管片最大累计位移为－6.7mm(下沉)，开挖施工完工后隧道管片最大累计位移为5.6mm (上 浮) ，隧道变形严格控制在要求的±10mm范围内。

四、关于深基坑施工对地铁盾构隧道的影响分析

1.盾构掘进对地面的影响，分析过程中采用了对应分层分块开挖的施工顺序进行分析，即:第一场地普查及修整。进一步查明管线的分布以及周边建筑的结构类型、基础形式和施工情况。场地地坪绝对标高应控制在设计要求范围内，局部高出此标高处应进行卸土、修整。第二施工深井，启动降水工作。分层分块大面积卸土至2 m标高，每层的开挖深度不得大于2m。第三施工围护桩和加固区域。要求先施工止水帷幕，再施工钻孔桩。工程桩已先行施工区域，加固体采用高压旋喷桩施工。第四围护桩达到设计强度且地下水位到位后，沿盾构线纵向基坑分块跳挖施工，每块的宽度不大于15m。每块的施工要求如下:分隔成的每块尺寸为 15m×90m，其中长边垂直盾构线；15m×90m的分块沿长边再次分层分块施工，挖土至-1m 标高；开挖盾构隧道以外区域土方，分层挖土至坑底后，立即进行加筋垫层施工；待盾构隧道以外区域加筋垫层达到设计强度后，分层分块开挖盾构隧道部位的土体直至坑底标高，立即进行加筋垫层的施工。按要求分层分块开挖剩余的土方，立即进行加筋垫层的施工。

2.基坑开挖引起的区间隧道侧向水平位移。在深基坑的施工过程中，对区间隧道纵向的影响范围，尤其是侧向水平位移的大小，将是施工和设计需要重点关注的对象。就基坑施工过程对隧道的影响程度而言，基坑开挖第一层和第二层时，隧道的侧向位移增速较缓慢，位移量值较小，因而对区间隧道的影响不大。随着基坑内部土体加固强度的提高，隧道水平侧移值逐渐减小，基坑内部土体的强度对隧道的水平侧移影响较为显著。

地铁盾构区间上方基坑开挖工程，坑底距隧道盾构区间距离小，开挖范围广，面积大，对地铁盾构区间影响范围大，采用“门”字形三轴搅拌桩全断面套打对土体进行加固的设计方式，结合分区分段跳槽开挖的施工方法，严格按照隧道管片位移信息化监测情况指导开挖施工，隧道变形可以控制在报警值范围内。

参考文献：

［1］詹剑青，刘添俊． 深基坑开挖对临近地铁隧道影响数值分析［J］． 科技广场，2011(5):179-181．

［2］李进军，王卫东 . 紧邻地铁区间隧道深基坑工程的设计和实践［J］. 铁道工程学报，2011，(11):104－111.

［3］肖同刚 . 基坑开挖施工监控对临近地铁隧道影响分析［J］. 地下空间与工程学报，2011，7(5):1013－1017.

［4］邵华，王蓉 . 基坑开挖施工对邻近地铁影响的实测分析［J］.地下空间与工程学报，2011，7(增刊 1):1403－1408.