邻近既有地铁隧道的深基坑工程设计

□文/商敏

邻近既有地铁隧道的深基坑工程设计

□文/商敏

以某邻近地铁隧道深基坑工程设计为例，结合工程地质条件及周边环境条件，选用合适的基坑支护形式及止水措施，运用有限元方法分析了深基坑开挖对邻近隧道的影响，介绍了邻近既有隧道的深基坑设计方法和保护措施。

深基坑；既有地铁；隧道

随着城市建设的快速发展，地下工程越来越多，基坑距离越来越近，如何减少基坑工程对周边环境的影响，保证施工期间既有轨道交通线路的正常运营，成为此类基坑围护设计和施工中的重点与难点。

本文以天津轨道交通某邻近既有隧道深基坑工程为例，介绍了基坑设计方案，采用数值计算分析基坑开挖对既有隧道的影响。

1　工程概况

项目为一长条形基坑，覆土厚约12 m，基坑净长约70 m，标准段基坑深度约为24 m，加深段基坑深度约为26.6 m，标准段净宽9.8 m，基坑一侧与已建的既有隧道净距仅为5.3 m。主体结构采用地下两层单跨拱顶结构，采用明挖顺筑法施工。

2　工程地质

场地埋深70.00 m深度范围内，地基土按成因年代可分为10层，按力学性质可进一步划分为14个亚层。各层土的物理力学性质参数见表1。

表1　土层物理力学性质参数

3　基坑方案

3.1基坑保护等级

基坑开挖深度标准段为24.7 m，加深段为26 m，既有隧道位于1倍开挖深度内，故基坑安全等级确定为一级，地面最大沉降量≤0.1%H且≤30 mm，围护墙最大水平位移≤0.14%H且≤30 mm。

既有邻近隧道水平及竖向变形控制值为10 mm，收敛变形≤10 mm。根据三维空间计算，围护结构最大水平位移≤17 mm时右线隧道变形满足10 mm以内。

3.2围护结构设计

3.2.1支撑体系

标准段沿基坑深度方向共设4道钢筋混凝土支撑+1道钢支撑，其中第一道为800 mm×900 mm钢筋混凝土撑，第二道为900 mm×900 mm钢筋混凝土撑，第三、四道为1 100 mm×1 100 mm钢筋混凝土撑，第五道为φ800 mm钢支撑，顶圈梁为1 000 mm×1 200 mm。

加深段沿基坑深度方向共设4道钢筋混凝土支撑+2道钢支撑及1道换撑，其中第一道为800 mm×900 mm钢筋混凝土撑，第二道为900 mm×900 mm钢筋混凝土撑，第三、四道为1 100 mm×1 100 mm钢筋混凝土撑，第五、六道及换撑为φ800 mm钢支撑，顶圈梁为1 000 mm×1 200 mm。

标准段围护结构横剖面见图1。

3.2.2围护结构

标准段围护结构采用1 200 mm厚地下连续墙，墙长44.5 m，墙趾插入层粉质粘土中约3.3 m（隔断层承压水，有效控制因抽水引起地面沉降及周边环境变形的施工风险），插入比为0.80。

图1　围护结构剖面

加深段围护结构采用1 200 mm厚地下连续墙，墙长46.5 m，墙趾插入层粉质粘土中约5.2 m（隔断2层层承压水），插入比为0.79。

3.2.3止水措施

邻近隧道侧采用800 mm厚TRD水泥土墙作为止水帷幕兼槽壁加固，其施工适应性强，墙体在保证强度的同时具有防渗功能，可提高基坑止水帷幕工程的施工质量与进度，减小地墙成槽期间土体变形；基坑另一侧地墙接缝处采用直径2 m的RJP旋喷桩止水，加强基坑围护接缝止水能力，避免渗漏水引起周边土体变形。

3.2.4基坑开挖邻近盾构隧道风险应对措施

1）基坑施工过程中，应严格控制基坑开挖过程中基坑变形（包括支护结构变形、坑底隆起和周边地层变形）。

2）为保证降水效果和控制降水对右线隧道的影响，施工前应进行抽水试验，合理布置降水井。

3）施工单位应根据各项风险提出专门的应急预案，一旦发现险情，能够立即采取抢险措施，控制险情的进一步发展。

4）要加强监控量测，做到信息化施工。应加强施工监测，严格控制地面沉降量和围护结构的水平位移。

4　围护结构计算

围护结构内力分析采取沿结构纵向取单位长度按弹性地基梁计算。围护结构开挖阶段计算时须计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按“先变形，后支撑”的原则进行结构分析。地下连续墙围护计算结果如图2所示。

图2　围护结构计算结果

地墙围护结构最大变形为18.7 mm≤0.14%H=33.5 mm且≤30 mm，满足一级基坑的环境保护要求且满足邻近隧道变形要求。

5　基坑开挖对既有隧道影响分析

为较准确地预测基坑开挖引起周边环境的附加变形，采用FLAC3D有限差分计算分析软件模拟基坑开挖期间对邻近右线隧道的影响。

5.1模型建立

取模型纵向120 m，深度65 m，宽度120 m；模型的底面竖向约束，左右面x方向约束，前后面z方向约束；土体采用摩尔-库伦弹塑性本构模型进行计算；地下连续墙采用实体单元进行模拟；模型共有66 120个单元和72 540个节点，通过模拟基坑分层开挖至坑底、结构回筑工况，分析深基坑施工对邻近隧道的影响，有限元分析的计算模型见图3。

图3　有限元计算模型

5.2计算结果

有限元分析的计算结果见图4和图5。

图4　围护墙体水平位移

图5　右侧隧道水平位移

有限元计算结果表明：基坑的围护结构水平位移最大为16.2 mm，邻近隧道最大水平位移为9.2 mm。

根据上述理论计算结果并结合已有的工程经验，本方案能保证基坑开挖对邻近隧道的影响在可控制的范围之内。

6　结语

根据目前基坑开挖的监测资料，围护结构墙身最大水平位移为10.31 mm，右侧隧道水平位移为7.8 mm，支撑轴力、地下水位变化、区间隧道的变形量均处于有效控制范围内。从基坑现场施工情况来看，本工程基坑设计方案安全可行，为今后邻近地铁隧道的深基坑工程提供一些有益的设计经验。

［1］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社.2009

［2］范益群，孙巍，刘国彬，等.软土深基坑考虑时空效应的空间计算分析［J］.地下工程与隧道，1999，（2）：2-8.

TU753

C

1008-3197（2016）04-78-031

2016-05-06

商敏/女，1985年出生，硕士，上海市城市建设设计研究总院，从事地下结构的设计与研究工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.04.031