临近地铁隧道的深基坑开挖研究

林晓中

（广东裕达建设集团有限公司，广东 东莞 523000）

0 前言

伴随城市建设持续发展，为更为合理地利用有限的城市空间，临近于地铁隧道线路开展建筑项目工程施工建设情况逐渐增多。那么，在实施开挖基坑作业期间，既有的地铁隧道极易有位移、管片开裂、上浮、内力变化、变形等问题现象发生。地铁实际运营期间往往对轨道有着极高平整度层面要求，需对地铁隧道总体结构变形加以把控。故而，围绕基坑开挖作业期间对于周边地铁隧道所产生影响实施精准评价分析，选定最适宜临近于地铁隧道位置开挖深基坑作业方案较为必要且重要。本文主要围绕临近于地铁隧道位置开挖深基坑作业开展深入研究。

1 工况

某工程项目内含38层高度办公楼、会所和商业楼均各三层，该建筑与地铁二号线隧道外侧线距离3.8m，基坑总体占地面积是4400m2、其隧道顶部埋深是-12.70m、9.2m开挖深度，从属深基坑项目工程，该建筑基础为钻孔的灌注桩和厚承台板。该项目工程施工区域内土体结构自下而上分别是：

（1）黏土。3.00~5.60m层厚、中高压缩性、饱和软塑、地下水位处于地面0.5m位置。

（2）灰和淤泥质地黏土。7.40~10.0m层厚、夹带薄层粉砂、中压塑性、流塑。

（3）灰色淤泥质地粉质黏土。2.55~5.60m层厚、夹带粉砂薄层、中高压缩性、饱和。

（4）黏土。0.5~2.1m层厚、内含铁锰结核与云母。

（5）杂填土。1.00~3.40m层厚，内含素填土、石子、夹碎砖等。工程项目施工位置地铁隧道地处较大流变性、低强度性、高压缩性、高含水量饱和性的软黏土层内，必将容易因临近开挖深基坑作业所致周边的土层出现位移问题。施工作业工艺及其参数层面，初选先中间再周边盆挖土手段，实现分区、分层、分块、限时、平衡、对称等挖土支撑。在基坑围护部分，选用18m深地下部分连续墙，钢混压顶式圈梁墙顶应设于墙顶部位置，对维护结构整体性可起到增强作用。基底以下部分借助水泥的搅拌桩予以满堂加固处理，地铁隧道的侧向位置加固10m宽度，掺入15%水泥，基底以上则是8%；针对地墙和深层的搅拌桩所在加固区缝隙位置予以压密注浆处理。因基坑深度是9m，所以水平支撑需设两道。

2 工程实践

虽现阶段对隧道变形层面有着严格要求，其结构绝对性最大位移需把控至20mm范围，变形曲线实际曲率半径需超过15000m，实际相对弯曲限定于1/2500范围。为确保地铁维持正常的运行状态，需认真分析临近隧道基坑施工作业方案，结合基坑开挖具体实施过程，实施工况简化处理及有限元运算模拟分析。第一种工况是加固坑底部土体；第二种工况是实施首层土体开挖，加固首道的钢支撑；第三种工况是实施第二层的土体开挖作业；第四种工况是实施第三层的土体开挖作业；加固第二道的钢支撑；第五种工况是实施坑底部土体开挖作业，并及时落实底板及垫层作业[1]。以上这几种工况均涉及开挖作业、加固土体、底板作业，因而，以有限元Plaxis系统软件实施建模分析，结合实际工况实施运算分析，坑底部土体加固深度以4m为宜，底板位置则以1.5m为宜。

2.1 在有限元的弹塑性层面

Mohr-Coulomb基础模式，从属土力学当中双参数常用模型，十分精确且简单，在土体的运算分析当中广泛应用。结合Mohr-Coulomb基础模式，针对土体破坏能够借助如下列式加以把控：τ=c+tanφ。在该列式当中，φ代表摩擦角、c代表黏聚力。该列式表明了土体平面当中抗剪强度由平面内部某个点正向应力所决定。针对线弹体性，其应力和应变的增量是{Δσ}=[De]{Δε}；针对弹塑性体列式即为{Δσ}=[Dep]{Δε}。

2.2 在土体位移层面

基坑开挖予以卸载处理过后，因挡墙后部分土体存在着是问现象，有新位移出场形成，以至于地铁隧道极易有位移现象发生。土体变形通常是竖向变形，基坑底部为竖向的变形量最大参值，土体变形实际影响范围大致是2倍的基坑深度[2]。土体的水平方向上面呈小变形量状态，基坑底部和隧道中间位置土体为最大参值，挡墙后部分土体产生较大水平位移。

2.3 在变形和受力层面

经分析了解不同工况环境之下的隧道变形具体情况，纵向坐标负值代表着隧道向下位置移动，而正值代表隧道向上位置移动。有限元科学分析结果与工况后段实测数据、实际情况相吻合，表明了实施有限元的分析方法对隧道变形加以分析极具可行性、有效性。在前两个不同工况之下，实际所测得新书数据和具体分析结果存在着差异性，这主要因前面两个工况之下实施有限元的分析期间，认为已经完成基坑底部位置土体加固处理，基坑水位逐渐降到基坑的底部位置，这一过程中少量土体开挖，开挖卸荷作用未能占据主导地位。故基坑周边土体会有向下较大位移场产生，带动着隧道逐步向下移动，以至于最终实施运算分析期间，有限元负值计算结果及其实测信息数据均表明了：隧道变形小于20mm，可满足于隧道变形层面要求；不同工况之下施工作业节点，其基坑底部的土体上浮实际变形最大参值往往不同。经分析纵向坐标的正负定义可了解到，前面两个工况环境之下，其基坑底部的土体加固及基坑降水均起到一定主导作用。因而，基坑底部位置最大土体变形是负值，伴随开挖土层实际深度持续增加，所在土体自身卸荷作用随之增强[3]。因而，基坑底部的土体会有大上抬现象产生。通过分析基坑开挖不同阶段挡墙自身所承受弯矩情况可了解到，伴随开挖深度持续增长，挡墙弯矩也呈急剧增长状态，实施第三层部分土体开挖和第二道支撑施加期间可达最大参值。基坑底部周边挡墙弯矩处于开挖阶段均处于最大状态。

2.4 在对比不同施工手段下有限元的分析层面

地铁临近位置基坑施工作业，要求技术员务必时刻保持谨慎性的作业态度，做好多种作业方案的比较分析工作。以第一种作业方案为基础，借助有限元的分析方法，针对不同坑底部的加固处理深度（第二种方案）、不同开挖作业时间（第三种方案）对于隧道所产生影响实施细致分析。第二种方法之下，坑底部加固处理深度是6m，第三种方案是完成开挖作业，待24h之后实施下个开挖节点。经不同作业施工方案之下各阶段隧道变形情况细致分析可了解到，伴随坑底加固出来实际深度持续增长，基坑开挖作业对于隧道所产生上浮影响呈缩小趋势，但增加其加固处理深度，在施工作业初期对隧道所产生下拉作用相对较大，一致于隧道向下位置发生变形。相对比第一种作业方案，第二种方案加固处理深度增加较少一些，各种工况之下变形和第一种方案相比明显少；第三种方案变形曲线分析可了解到，其会促使基坑开挖作业对周边隧道产生影响逐步减少，隧道所产生上浮变形得以降低，表明了开挖基坑作业期间需着重考虑到时间因素。可以说，地铁临近位置开挖基坑，只要选定最具科学合理性施工作业方案，便可确保施工作业对于地铁隧道所产生影响得以缩小，确保项目建设顺利实施。

3 结语

综上所述，本文为更好地分析临近于地铁隧道位置开挖深基坑作业，以某临近于地铁隧道的深基坑项目工程为实例，依照着实际工程项目施工作业程序，借助Mohr-Coulomb基础弹塑性系统模型，通过有限元的弹塑性科学分析方法，对基坑开挖作业全过程实施有效模拟。从有限元最终结果当中可了解到，分析结果表明，基坑开挖极大地影响着临近的铁路隧道。隧道位移实际运算结果和实测信息数据相匹配，表明了这种有限元的分析方法可以数值计算形式在项目施工作业模拟分析当中发挥关键性作用，可对此类题实施有效性模拟分析，为项目工程设计者、施工技术员门提供更具精准度计算数据。经对不同作业方案对于铁路隧道所产生影响分析可了解到，基坑底部位置加固深度及其开挖作业过程中，时间层面因素对最终隧道变形有着极大影响，需广大设计者、施工技术员们着重考虑到时间因素实施作业方案选定。总体上来说，选定科学合理、有效性的施工作业方案，则开挖基坑作业期间对于周边地铁隧道所产生各种影响均可得以缩小，可确保深基坑的开挖项目工程得以高效完成施工建设活动。