深基坑施工对盾构地铁隧道的影响分析

陈 新 焱

(山西建设投资集团有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

随着中国建筑土木行业的迅猛发展，在基础施工中开挖的深度越来越深，对于深基坑的支护提出了更高的要求，深基坑的支护也变得多样化[1]。在水平内支撑结构材料的选取上，目前越来越多的采用型钢组合支撑体。理论分析表明，临界荷载随着支撑体系抗侧刚度的增加而增加，抗侧刚度是影响支撑体系整体稳定的关键因素[2]。

深基坑的开挖不仅要保证基坑本身的安全与稳定，而且还要有效地控制基坑周围地层移动以达到保护环境的目的，尤其是在地基土质较差的城市内进行基坑开挖施工时，经常引起基坑周围土体的较大变形，从而影响基坑周围的建筑物、公共设施、道路、管线等的正常使用，特别是对于盾构地铁隧道的安全，引起各界人士的关注。因此，准确地预测因基坑开挖而引起的土体移动，不仅是基坑降水开挖支护系统设计的一个重要组成部分，而且是评价基坑开挖对周围环境影响程度的一个重要指标。

1 工程概况

该深基坑为太原地铁2号线某站广场绿地及配套停车场工程，建设内容包括地上广场管理用房、园路及场地铺装、景观绿化、地下机动停车位以及社会停车库管理用房等，地下车库为2层地下室(埋深约9 m)，建筑物为1层，根据招标文件拟建建筑最大柱荷载约3 500 kN。距离深基坑北侧10 m左右，为太原地铁2号线某路站，且正在盾构施工中[3]，其平面图如图1所示。

2 支护体系

传统基坑的支撑主要有钢筋混凝土支撑、钢管支撑等。钢筋混凝土支撑结合钻孔灌注桩形成整个完整的支撑体系，该体系大多采用钢筋制模，并用混凝土浇筑，形成的钢筋混凝土支撑和钻孔灌注桩作为支撑和挡土结构，三轴水泥搅拌桩作为止水结构。但其中的钢材和混凝土的使用均为不可回收材料，并且会产生大量的泥浆排放量，同时造价高、施工周期长、拆除噪声大；钢管支撑虽可循环使用，但其整体性差、结构节点连接薄弱、可靠性低，基坑安全性可能会降低。这些传统支撑结构已逐渐不能满足基坑工程对环境保护、绿色施工方面的要求[4，5]。

2.1 型钢组合支撑体系

该系统采用一种高强度的型钢，经工厂加工形成模块化的标准件，系统由模块化组合标准件组成，根据设计要求任意组合增加预应力的一种施工方法。其连接节点如图2所示。

型钢组合支撑体系结合钻孔灌注桩或TRD工法或SMW工法，该系统中大多采用钢材作为挡土、止水和支撑结构，最后除去消耗部分，均会回收再利用，在材料消耗、碳排放、水资源消耗、能源消耗、垃圾排放等方面具有良好的社会效益和经济效益。同时对基坑周边的位移影响也较小，适用于盾构施工的地铁项目周边的基坑项目[6，7]。

2.2 围护体系

结合基坑周边环境情况，经过讨论决定采用钻孔灌注桩作为围护体系，同时结合三轴止水。钻孔灌注桩的施工流程为：桩位放样→埋设护筒→钻机就位→钻进成孔→一次清孔→下钢筋笼→下导管→二次清孔→灌注混凝土。

3 隧道影响分析

该项目支护施工完成后，开始土方的开挖，挖到基坑设计底标高后马上进行基础底板的浇筑，地下室的建设，最终型钢支撑拆除。

3.1 支撑的影响

在深基坑工程中，基坑的跨度较大，在设置支撑时，对于其平面内和平面外的稳定性提出了很高的要求。目前一般的解决方法是：在平面外稳定性，采用设置竖向立柱的方法；在平面内稳定性，通过增加杆件截面或缩短杆件计算长度的方法。

型钢组合支撑体系作为新兴的支撑体系在早期的工程应用中仅对每榀支撑内的不同型钢杆件设置盖板以增加整体性，并未对各榀支撑进行有效连接，使得各榀支撑发挥作用时相互独立。因此随着支撑杆件长度增加，杆件平面内稳定性减小，临界荷载减小，对周边土体约束能力减弱。

在地铁盾构施工时，一般会采用隧道围岩来抵抗土体的自重压力，在型钢组合支撑体系中设置横向连杆是增加体系抗侧刚度的一种方法，同时设置横向支撑可减小压杆计算。

3.2 围护体系的影响

本项目在施工过程中，施工好钻孔灌注桩、SMW三轴止水桩等围护体系后，对临近基坑的地铁隧道周边土体的侧移位移进行检测，以监测报告为依据，将cx3,cx7,cx11,cx15四点实测位移与理论计算结果作比较，如图3所示。

经过对深层土体位移曲线的对比与分析，发现各监测点的监测结果与理论计算值基本吻合，cx3点因位于基坑出土口范围，土体经搅拌桩加固且基坑暴露时间相对较短，因而位移相对较小。

基于剖面计算结果，本文对支护结构进行整体计算，对比在支撑体系内是否设置横向连杆两种情况下支撑体系平面受力及位移，分析横向连杆在支撑体系内所起的作用。在结构稳定性方面，传统的钢筋混凝土支撑因易成形，不易变形，截面刚度大且适用于各种类型的基坑等优点而广泛使用。型钢组合支撑体系在布置时通常会在受压主杆间设置连系梁，形成网状结构，使原本各自独立的支撑杆件形成整体以提高平面内稳定性[8]。

4 结语

在使用型钢组合支撑体系时通过增加横向连杆的方法来提高基坑整体稳定性，横向连杆可约束支撑杆件平面内变形，从而减小因支撑杆件偏心受压所产生的弯矩。经过对监测数据的整理和分析，发现型钢组合支撑体系内设置横向连杆后，对基坑的整体稳定性有明显的提高，从而减少了对周边地铁隧道位移的影响。同时采用钻孔灌注桩加SMW三轴止水的形式，经过对隧道周边位移监测数据的分析，发现土体侧移较小，均在2 cm以内，且与理论计算结果接近，很好的保护了地铁隧道的正常施工。