基坑工程施工对邻近地铁盾构隧道的影响

张养鹏

摘要：新建基坑工程施工过程中，在确保基坑自身安全的同时，也要控制由于基坑施工引起的土体位移，保证邻近地铁的安全和正常运营。本文结合施工案例，对基坑工程施工对邻近地铁盾构隧道的影响进行了分析，以期为相关从业人员提供参考。

关键词：基坑工程;施工影响;地铁盾构隧道

0引言

越来越多的基坑工程逐渐建设于地铁隧道附近，应当重视研究和分析基坑工程施工对邻近地铁盾构隧道的影响，从而有效保护地铁隧道的安全和正常运营。

1工程案例

以某工程为例，该工程共有四层地下室，基坑开挖深度为16.9m。场地北侧紧邻地铁（隧道底埋深约15.9m），基坑距隧道的最小近距8.4m;东面紧贴停工多年的某大厦基坑（逆作法施工到负一至二层），本基坑支护与其共用已完成的连续墙;西面为某建筑，最近距离约12m;南面约30m处为高层住宅楼。

本基坑支护采用钢筋混凝土地下连续墙（兼做地下室外墙和边桩基础）及二道钢筋混凝土内支撑作为基坑支护体系及止水帷幕。地连墙在临近地铁边的厚度为800mm，因西南角地层较差，连续墙厚度为1000mm。其余各边的连续墙厚度均为800mm。东边与相邻基坑的地连墙合用。为减少可能的变形，两道内支撑在地下室结构回筑时不拆除，在地下室楼板结构完成后再拆。该工程地层包括人工填土层、冲积层、残积层及白垩系沉积岩四层。根据现场量测的勘察钻孔水位，场地的地下水位埋深为1.10～2.00m。本场地地下水类型可分为上层滞水、孔隙水和基岩裂隙水三种。根据抽水试验，总体水量不丰富。

2基坑工程对地铁隧道的影响分析

通过相关水文地质条件分析以及有限元模拟工况，可得基坑工程对地铁隧道的影响情况如下。

2.1地连墙成槽对邻近地铁隧道的影响

本项目基坑与地铁隧道靠近侧应用800mm厚的地连墙作为基坑支护挡土及止水体系，地连墙外壁距离隧道结构外壁净距为8.4m，地连墙底约比隧道底深7m，若是近距离地连墙成槽施工，很有可能会影响地铁隧道结构。结合基坑支护设计图纸，按照k.r.h的三角形面压力进行泥浆对地连墙成槽侧壁压力的计算，可以发现泥浆侧向压力随着槽段深度的增加呈现线性增大趋势，且由于周围土体的土层越深越好，所以静止土压力并未明显随着深度的增加而发生变化。也就是说，当泥浆侧压力到达一定深度后，将大于该深度原始静止土压力。而当泥浆压力大于同一深度处的静止土压力时，槽段将向外扩大，隧道将会往远离槽段的方向移动。根据相关计算得出地连墙成槽对隧道造成背向槽段最大位移约1.561mm，因此无法明顯改变隧道管片内力，可以得出地连墙成槽对地铁隧道结构的影响较小的结论。

由于本项目基坑地连墙外壁与地铁盾构区间隧道结构外壁最小净距为8.4m，且隧道底埋深约比基坑浅1m，所以基坑开挖将会影响邻近地铁隧道。同时由于施工场地具有较高的地层性质，并且基坑开挖过程中地下水位变化小于1m，因此不考虑地下水位的变化对隧道位移的影响。根据具体分析，基坑开挖导致隧道结构位移数值为4.97mm，实测结果为地铁隧道最大水平位移为8.5mm，大于数值分析结果，小于相关标准规定的地铁结构设施附加最大绝对位移20mm。

根据地下连续墙位移和隧道位移数据的分析，发现当基坑开挖指第一道基坑底（约4m左右）时，基坑北面连续墙（靠近隧道侧）的水平位移为0mm，而此时地铁隧道的最大水平位移值已达到了3.6mm。隧道的位移包括水平位移和垂直位移，主要是由于基坑围护结构的变形及坑底土隆起造成，其中隧道的水平位移主要是由于基坑嗣护结构的变形和侧移引起。此时基坑周护结构的变形为0，而隧道位移却达到了3.6mm，隧道实际位移值大于数值模拟值的原因可能有以下几点：第一，由于模拟较大模型的盾构隧道通常采用弹性均质圆环模型，而实际盾构隧道管片间是采用螺栓连接，同时由于本工程隧道并非新建，可能存在管片发生纵缝张开，或存在错台量的情况;第二，虽然支护的地连墙可以兼做止水帷幕，但地连墙并不能完全阻止基岩裂隙水的渗漏，地下水位发生变化也是影响结果的因素之一。坑外地下水的渗漏，会导致土中应力发生变化，土体压缩固结，这也可能影响隧道的位移值。第三，利用有限元数值分析是通过相关地质水文资料的简化和归整进行建模，可能与施工现场的地质情况、施工工艺、施工质量等存在差异，从而导致实际隧道位移较大。

分析地铁区间隧道结构受力情况，可以看出深基坑施工在一定程度上影响了邻近地铁盾构区间隧道的受力状况，但未明显改变隧道结构，可以认为隧道结构是安全的。还可以从隧道的内力及位移变化值得出以下几点：第一，由于隧道底部和基坑底部高程几乎一致，在第二道基坑内撑以下进行土方开挖时，隧道内力和位移可能发生较大变化，所以应当在基坑开挖至第二道内撑以下时，采取分区、分块、分层的方式进行土方开挖，不能超挖，也不可一次性挖除隧道侧基坑的大量土体，应按照设计的分层开挖厚度进行开挖。第二，由于基坑端部两侧支护结构的相互约束作用，基坑端部及端部以外区域的隧道变形微小，基坑开挖对隧道的影响范围主要集中在基坑宽度范围内。隧道最大位移发生在基坑北侧中部偏东北角的位置，这是因为基坑北侧的最大侧向位移发生在基坑中部，而隧道与基坑的最近点在基坑的东北角。第三，本基坑两道内支撑在回筑时不拆除，待地下室楼板完成后再拆除。基坑开挖对隧道的影响在地下室底板浇筑完成后己基本稳定。而且由于地下室底板抑制了土体的隆起且对隆起土体的反压作用，隧道变形微有回收，即变形往隧道原状态发展。

3结束语

综上所述，影响邻近地铁盾构隧道的因素主要在于基坑开挖方面，因此基坑开挖需要严格按照“分区、分块、分层”的原则，并采取留（堆）土反压控制方案，防止基坑内侧土体对围护机构产生影响。