既有邻近隧道的深基坑开挖安全评估

于旭光，曹伟伟

（唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299）

随着城市的发展，高层建筑迅速崛起，继而出现了大量的深基坑工程，由于城市已经存在一些建筑物或构筑物，那么这些深基坑工程的开挖对邻近建筑有哪些影响，成为研究的热点问题。常志凯等[1]通过考虑基坑—地基—邻近建筑物三者之间相互关系，研究了油库基坑和楼盘开挖过程对邻近建筑物的影响；肖安斌等[2]通过FLAC3D软件和理论分析了深基坑边坡工程岩体的稳定性，并结合规范对基坑边坡稳定性做出了评价；杨波等[3]采用非相似试验方法研究了土石混合体地层中基坑开挖对隧道的影响；王灿等[4]通过Plaxis2D分析了土体结构性对邻近隧道及基坑的围护墙水平位移及地表沉降的影响；曹伟伟等[5]通过FLAC3D软件分析了基坑开挖过程对土体地表变形的影响。

本文采用midas GTS NX软件，对邻近既有隧道的某深基坑工程进行开挖阶段施工分析，建立了隧道、基坑开挖与支护体系的有限元模型，研究了深基坑开挖过程中支护结构的变形及隧道的变形。

1 工程概况

本工程为某深基坑工程，其基坑平面尺寸为57.65m*33.25m。基坑周边场地复杂，有既有隧道一条，直径为6m，中心线埋深15m，三维基坑平面布置图见图1。

图1 三维基坑平面布置图

2 基坑支护设计方案、参数及计算模型

因临近有隧道，现场对深基坑采取“钻孔灌注桩+内支撑”的方式进行支护。单元类型见表1。

表1 单元类型

基坑开挖深度标高-9m,钻孔灌注桩等效为地连墙，等效墙厚0.8m，地连墙嵌固端标高-18m，采用C40混凝土。冠梁截面H*B=1.2*1m，腰梁截面H*B=1*1m，内支撑截面1*1m，立柱截面构件d=0.8m，嵌固端标高-14m，均采用C30混凝土。隧道衬砌厚度0.3m，C30混凝土。本基坑工程进行3次开挖作业，布置三道支撑，每次开挖深度为3m。土层深度40m，土层一22m，土层二9m，土层三9m，土体参数见表2。

表2 土体参数

其中：土层通过扩展得到实体，采用修正摩尔-库伦本构模型；地连墙、衬砌通过析取单元来得到；冠梁、腰梁通过析取1D单元来得到；立柱可以通过生成网格里面高级选项直接选择属性；内撑可以通过1D网格剖分时候通过修改属性来实现。本文建立的几何模型和有限元模型分别见图2和图3。

图2 几何模型

图3 有限元模型

3 监测项目

3.1 基坑控制变形要求

《建筑基坑工程监测技术规范》中给出了基坑及支护结构监测报警值，主要监测项目为：墙顶水平位移、墙顶竖向位移、围护墙深层水平位移、立柱竖向位移、基坑周边地表竖向位移、坑底回弹、支撑内力、墙体内力等内容，见图4-17。

图4 桩顶X向水平位移（mm）

图5 桩顶Y向水平位移（mm）

图6 桩顶竖向位移（mm）

图7 围护桩深层X向水平位移（mm）

图8 围护桩深层Y向水平位移（mm）

图9 立柱竖向位移（mm）

图10 基坑周围地表竖向位移（mm）

图11 坑底回弹位移（mm）

图12 支撑轴力（kN）

图13 支撑Y方向剪力（kN）

图14 支撑Z方向剪力（kN）

图15 支撑弯矩（kN.m）

图16 墙体绕X轴方向弯矩（kN.m/m）

图17 墙体绕Y轴方向弯矩（kN.m/m）

该基坑为一级基坑，从图4-图17可以看出基坑控制变形：1）桩顶最大水平位移为0.29mm，

可以看出，上述基坑监测项目均满足规范要求。

3.2 隧道结构控制变形要求

《城市轨道交通工程监测技术规范》给出了隧道的检测项目，主要为：隧道结构沉降、隧道差异沉降、隧道结构上浮、隧道结构水平位移等，见图18-图21。

图18 隧道结构沉降（mm）

图19 隧道差异沉降（mm）

图20 隧道结构上浮（mm）

图21 隧道结构水平位移（mm）

从图18-图21可以看出隧道结构控制变形：1）隧道结构最大沉降0.8mm，隧道结构变形控制值3～10mm；2）隧道结构最大差异沉降0.8-0.2=0.6mm，隧道结构变形控制值0.04%Ls=0.04%*158 000mm；3）隧道结构最大上浮1.86mm，隧道结构变形控制值5mm；4）隧道结构最大水平位移0mm，隧道结构水平变形控制值3～5mm。均满足规范要求。

4 结论

本文通过模拟既有隧道的某深基坑工程开挖阶段，研究了深基坑施工阶段的开挖对附近隧道及基坑本身的影响。研究结果表明:1）基坑支护结构桩顶最大水平位移、桩顶最大竖向位移、围护桩深层最大水平位移等均满足规范要求；2）隧道结构最大沉降为0.8mm，隧道结构最大沉降差为0.6mm，均满足规范要求。