基坑开挖对城市轨道交通盾构隧道区间影响分析

孟 晨 曦

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)



基坑开挖对城市轨道交通盾构隧道区间影响分析

孟 晨 曦

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

结合某基坑的工程地质情况，采用有限元软件建立了施工模型，通过数值模拟计算，分析了基坑开挖对城市轨道交通盾构隧道区间的影响，为后续工程的施工提供了依据。

基坑，盾构隧道，地铁区间，位移

0 引言

近年来我国地铁工程日益增多，据2015年国家公布的统计数据显示：目前我国获批轨道交通建设规划的城市已达36个，到2013年年底我国有19个城市拥有地铁，总里程达到2 366 km，预计到2020年全国拥有轨道交通的城市将达到50个，到2020年我国轨道交通要达到近6 000 km的规模。地铁沿线一般为城市的重要地段，沿线商业及地下空间开发数量多、价值大，但基坑开挖也会对地铁安全产生一定影响。

1 工程概况

基坑面积约6.7万m2，周长约2 481.8 m，深度约为4.8 m。根据周边环境、基坑挖深和地质情况，基坑侧壁安全等级定为二级，重要性系数为1.0。本基坑支护设计体系，正常使用年限为12个月。基坑支护拟采用挂网喷混凝土支护、钢板桩支护、钢管土钉墙、钻孔灌注桩等支护。其中临近地铁区间一侧基坑深为4.8 m，采用钻孔灌注桩支护(φ1 000@1 200)，桩长12.7 m，深入基底以下9.2 m。

地铁区间受临近基坑施工影响范围为XK9+734.048～XK9+827.532(893.484 m)，SK9+727.838～SK9+825.313(97.475 m)。影响范围内地面标高17.909～21.541，采用黄海高程；地铁区间覆土6 m～8.673 m。

地铁区间结构与基坑平面最小距离为20 m。

2 地质概况

2.1 工程地质

该场地上覆盖土层由第四系人工回填土(Q4ml)、第四系全新统冲积(Q4al)等土层组成，下卧基岩为第三系新余群巨厚层砂砾岩(E)。

经钻孔揭露，该场地岩土层自上而下分别为：杂填土、粉质粘土、中砂、砾砂、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩。

2.2 水文地质

勘察期间地表下3.00 m左右可见地下水，初见水位标高15 m左右，为上层滞水，水量较小，主要受季节性大气降水及民用用水补给，赋存于杂填土下部、粉质粘土以上。由于填土水量小及土层之间差异，上层滞水无统一稳定水位。

地表下13 m左右(黄海高程9 m左右)可见松散岩类孔隙水，属潜水型，主要赋存于中砂层以下，粉质粘土混凝土土层为相对隔水层顶板，下伏基岩为相对隔水层底板。

本场地地下潜水具微承压(承压水头0.5 m)，初见时水量较小，随钻孔深度增加，水量逐渐增大，至饱和状，与赣江水位互通。受赣江水位影响，随季节变化而涨落。含水层厚度一般在7.00 m左右，含水层渗透性强，综合渗透系数100 m/d。

3 地铁区间结构

已建成的地铁区间隧道，采用盾构法施工，衬砌结构为单层装配式钢筋混凝土管片，衬砌管片内径为5 400 mm，外径为6 000 mm，厚度为300 mm，环宽为1 200 mm。环间错缝拼装。每环管片由3块标准/2块邻接块、1块封顶块组成。每环管片纵向共10只M24螺栓，环向共12只M27螺栓。混凝土强度等级C50；混凝土抗渗等级P10。

4 数值计算模拟

4.1 模型的建立

本次有限元计算主要分析基坑施工对地铁区间的影响，根据实际情况，取SK9+727.838位置处计算分析。

本次分析采用岩土、隧道结构专用有限元分析软件MIDAS/GTS(Geotechnical & Tunnel analysis System)Ver4.0进行计算。

本次分析土体材料本构模型取用德鲁克—普拉格(Drucker—Prager)弹塑性模型。衬砌结构材料按线弹性考虑。

地铁区间覆土6 m，线间距14.2 m，与826基坑水平距离为20 m；826基坑深4.8 m，采用钻孔灌注桩支护(φ1 000@1 200)，桩长12.7 m，深入基底以下9.2 m。

在计算过程中，不考虑在地面荷载和自重情况下区间隧道结构已经产生的先期位移，只考虑此次基坑开挖施工引起的区间隧道结构的变形变化。

地铁区间施工计算模型见图1，基坑开挖施工模型见图2。

4.2 计算结果

地铁区间施工计算见图3，基坑开挖完成竖向位移计算结果见图4。

地铁区间隧道的位移具体详图见图5，图6。

5 结语

1)由计算结果可知：当完成基坑土体开挖后，地铁区间结构的最大水平变形为1.67 mm(向基坑方向)；地铁区间结构的最大竖向变形为1.1 mm(沉降)。

2)针对项目基坑施工对已建成的地铁区间结构的影响，进行了有限元数值分析。从位移和内力的计算结果来看，规划建筑方案及基坑支护方案在退距地铁结构20 m的距离下，均能满足评估标准的要求及地铁结构所承受的受力范围。

3)轨道交通保护区范围内进行基坑开挖活动时，必须与地铁隧道内的监测工作相结合，通过信息化的施工确保隧道的运营安全。

4)在基坑开挖施工全过程，地铁隧道内必须进行隆沉变形、水平变形、接缝张开、裂缝、渗漏水等项目的监测和观测，因该项目施工对隧道影响较小，建议监测范围为建筑物距离隧道边线25 m范围内的隧道进行监测，且着重监测下行线隧道，监测报警值水平位移取2.4 mm，垂直位移取1.3 mm。

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The application analysis on foundation pit excavation to urban rail transit shield tunnel interval

Meng Chenxi

(ChinaRailwaySecondBureauEngineeringGroupLimitedLiabilityCompany,Chengdu610031,China)

Combining with the engineering geological condition of a foundation pit, this paper used the finite element software established the construction model, through the numerical simulation calculation, analyzed the influence of foundation pit excavation to urban rail shield tunnel interval, provided basis for subsequent engineering construction.

foundation pit, shield tunnel, subway interval, displacement

1009-6825(2016)11-0188-02

2016-01-20

孟晨曦(1986- )，男，工程师

TU463

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