基坑开挖对临近地铁隧道影响分析及控制

于海涛

摘 要：随着城市化进程的不断进行，地铁成为人们日常出行的工具，城市的不断建设发展，导致临近地铁的工程不断增加，新工程的建设必然会对既有地铁隧道产生影响。基坑工程作为新建工程的基础工程，会引发土层结构的变动，从而对既有地铁隧道结构产生一定的影响。因此，基坑开挖时应当充分考虑对地铁隧道产生的不利影响，积极探寻控制措施。

关键词：基坑  地铁隧道  控制措施  变形影响

中图分类号：U231

Analysis and Control of the Impact of the Excavation of Foundation Pits on Adjacent Subway Tunnels

YU Haitao

（Beijing Zhongtianlutong Intelligent Control Technology Co.， Ltd.， Beijing，100024 China）

Abstract： With the continuous progress of urbanization， the subway has become a tool for people's daily travel. The continuous construction and development of cities have led to an increasing number of projects near subways， and the construction of new projects will inevitably have an impact on existing subway tunnels. As the foundation engineering of new projects， foundation pit projects will cause the changes of the soil structure， and then have a certain impact on the structure of existing subway tunnels. Therefore， when excavating foundation pits， adverse effects on subway tunnels should be fully considered， and control measures should be actively explored.

Key Words： Foundation pit; Subway tunnel; Control measure; Deformation effect

地铁大多连接商业区、居民区、工业区，构建了城市的交通网络，以便捷准时、不占用地面空间等优点成为城市建设的重要工程。然而，由于城市发展中地下商业街、深基坑等的建设，在既有地铁隧道旁开挖基坑成为常态[1]。基坑开挖容易导致地铁隧道出现变形，危及地铁的运行安全，因此，分析基坑开挖对地铁的变形影响，优化控制措施成为工程建设的重要内容。

1  工程概况

本项目位于北京市某区，基坑长103 m，宽77.2 m，深18.9 m，基坑安全等级为一级。本基坑局部采用钻孔灌注桩+预应力锚索支护，竖向设置5道锚索，锚索成孔直径200 mm，一桩一锚；局部采用钻孔灌注桩+钢支撑的支护体系，钢支撑采用4道预应力钢支撑。围护桩桩径为800 mm，桩间距为1.2～1.5 m，桩顶设800 mm×1 000 mm冠梁；桩间采用80 mm厚C20喷混凝土，钢筋网采用φ6.0@200×200 mm。

本工程西侧临近地铁隧道，基坑到地铁隧道左线的净距约10 m，坑底距离隧道顶部约8 m。地铁区间隧道左、右线纵坡为4‰，左右线间距为13 m，区间主要采用盾构法施工，混凝土强度等级为C50。盾构隧道外径为6.4 m，内径为5.8 m，管片厚0.3 m，环宽1.2 m，隧道顶的埋深约27.5 m。

2  工程地质条件及水文地质条件

2.1  工程地质条件

本场地地层参数如表1所示。

2.2  水文地质条件

本场地地下水位埋深约25 m，不考虑地下水对基坑的影响。

3   数值模拟分析

3.1  计算模型

针对基坑开挖过程的模拟，土层采用实体单元，支护结构、主体结构采用板壳单元、梁单元等结构单元[2]。为方便计算，在模拟中支护桩刚度等效为墙。

3.2  计算参数

本次研究根据相应公式进行计算获得如表2所示计算参数。

3.3  计算工况

准备阶段：生成模型，计算初始地应力，初始位移清零生成模型；

第一步：围护桩施工；

第二步：开挖到第一道锚索及第一道内撑下0.5 m，施作第一道锚索及第一道内撑；

第三步：开挖到第二道锚索下0.5 m，施做第二道锚索；

第四步：开挖到第三道锚索及第二道内撑下0.5 m，施作第三道锚索及第二道内撑；

第五步：开挖到第四道锚索及第三道内撑下0.5 m，施作第四道锚索及第三道内撑；

第六步：开挖到第五道锚索及第四道内撑下0.5 m，施作第五道锚索及第四道内撑；

第七步：开挖到基底；

第八步：施作主体结构及肥槽回填。

4  计算结果分析

地铁结构变形不仅与基坑的形状、深度有关，同时与开挖方式、周围地层的地质条件有关[3]。

4.1  工况记录

（1）开挖到第一道锚索及第一道内撑下0.5 m，施作第一道锚索及第一道内撑。

（2）开挖到第二道锚索下0.5 m，施作第二道锚索。

（3）开挖到第三道锚索及第二道内撑下0.5 m，施作第三道锚索及第二道内撑。

（4）开挖到第四道锚索及第三道内撑下0.5 m，施作第四道锚索及第三道内撑。

（5）开挖到第五道锚索及第四道内撑下0.5 m，施作第五道锚索及第四道内撑。

（6）开挖到基底后，进行基底清理，并进行必要的加固处理。如果基底土质较差，应进行换填等处理，以提高地基承载力。同时，对基底进行排水处理，确保基坑内无积水。

4.2  竖向位移计算结果分析

根据数值分析的结果，在基坑开挖以后，左线和右线隧道结构均发生了不同水平的位移[4]。由不同开挖工况下的竖向位移云图可以发现，随着开挖深度的不断加深，竖向位移不断增大，开挖至坑底时，最终在基坑中点附近，隧道结构的竖向位移最大。其中，左线隧道结构最大竖向位移为1.43 mm（上浮），右线隧道结构最大竖向位移为0.58 mm（上浮）。

4.3  横向位移计算结果分析

根据数值分析的结果，随着基坑的开挖，左线和右线隧道结构均发生了不同水平的位移。并且可以看出，其位移变化云图与竖向位移变化云图相似。随着开挖深度的不断加深，横向位移的在不断增大，开挖至坑底时，最终在基坑中点附近，隧道结构的横向位移最大。其中，左线隧道结构最大横向位移为1.31 mm，右线隧道结构最大横向位移为0.47 mm。

总体而言，基坑开挖后，左线和右线隧道结构均向基坑内的方向发生了一定的位移，隧道结构不同位置的竖向及水平位移的程度不同，靠近基坑侧的隧道结构位移较于远离基坑侧的隧道结构位移大，而最大位移位于靠近基坑侧中点附近。

4.4  小结

（1）隧道结构内力和位移的最大值出现在靠近基坑侧中点位置附近，左右线地铁区间隧道结构的内力和位移的变化趋势趋同，距离基坑越近，区间隧道结构变形越大[5]。

（2）既有区间结构变形控制指标：竖向变形预警值为1.4 mm，报警值为1.6 mm，控制值为2.0 mm；横向变形预警值为1.4 mm，报警值为1.6 mm，控制值为2.0 mm。对比变形控制指标可以发现，左右线地铁区间结构均未到达变形预警值，能够保证地铁的安全运行。

5  结论及建议

5.1  结论

本次模型所选择可能产生隐患的不利点进行详细分析，选择ＭｉｄａｓＧＴＳＮＸ元软件，进行了三维数值模型，对于基坑开挖对地铁隧道结构的影响，得到结论如下。

（1）随着基坑开挖深度的增大，隧道结构变形在逐渐增大，隧道结构最大变形位于基坑中部附近离基坑距离较近的左线隧道，最大竖向位移为1.43 mm（上浮变形），横向位移为1.31 mm（靠近基坑）。

（2）本工程基坑开挖过程中，区间隧道结构水平、竖向位移均小于变形预警值，满足要求，能够保证地铁的运行安全。

5.2  建议

通过结合相关性的文献资料与本工程计算分析，针对既有地铁隧道变形情况，提出建议如下。

（1）临近地铁隧道的基坑开挖，选择合理的基坑支护方案，要在开挖前做好工程项目的变形与内力的分析工作，避免隧道产生较大的纵向变形或压力位移，导致隧道结构破坏，造成社会财产损失。[6]

（2）通过分析地铁路段的土质条件，来修正计算，细化模拟数据，提升实际工程的隧道的使用安全。对于临近隧道的基坑开挖作业前，要验证设计方法的合理性，利用三维隧道模型，来排查位移变形的隐患区域，确保隧道应力分布满足要求。[7-8]

（3）为减小基坑开挖对临近既有地铁区间隧道结构的影响，可采用分区开挖、土层加固、加强监测等方式，保障隧道结构纵向与横向安全。

参考文献

[1]柯明中，李玉明，王坚，等.基于数值模拟的基坑开挖对临近地铁隧道变形影响规律分析[J].建筑结构，2023，53（S1）：2837-2841.

[2]马江锋.软土深基坑开挖全过程对临近地铁盾构区间隧道影响风险分析及控制[J].土工基础，2022，36（2）：145-148，167.

[3]饶运东，周勇，冯仲文.超深基坑开挖对紧邻地铁隧道影响分析[J].土工基础，2022，36（6）：877-883.

[4]张兵兵，卢伟晓，李为腾.基坑开挖对临近既有地铁隧道影响分析[J].科学技术与工程，2020，20（35）：14673-14680.

[5]张琳.深基坑开挖对临近既有地铁区间隧道的影响分析[J].福建建设科技，2020（6）：27-30，42.

[6]陈辉.超大深基坑开挖对临近地铁隧道影响分析[J].铁道工程学报，2020，37（10）：90-95.

[7]陈合鹏.深基坑开挖对既有地铁隧道的影响分析及控制措施[J].居舍，2020（24）：34-35.

[8]唐文.深基坑开挖卸载对临近地铁隧道影响的数值分析[J].福建建设科技，2020（3）：60-62，68.