許勝寒

（無錫市軌道建設(shè)設(shè)計咨詢有限公司 江蘇無錫 214200）

0 引言

近年來，隨著我國軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，投入運營的地鐵數(shù)量不斷增加，基坑項目緊鄰既有運營線路的情況也日益增多。顧翀［1］通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測的方式探究了雙側(cè)基坑與地鐵結(jié)構(gòu)的距離以及不同開挖時序?qū)τ诘罔F隧道結(jié)構(gòu)變形的影響；何忠明等人［2］利用有限差分軟件FLAD 3D 對廣州地區(qū)一臨近地鐵隧道的基坑各設(shè)計參數(shù)敏感性進行了計算分析；饒運東等人［3］以某濱海軟土地區(qū)的工程為例，提出了緊鄰地鐵超深基坑控制變形的技術(shù)，包括隔離樁加固、基巖裂隙注漿等方法；席宇等人［4］研究了我國黃土地區(qū)基坑施工誘發(fā)鄰近地鐵隧道的規(guī)律，并提出了加固措施；張旭群等人［5］通過建立有限元數(shù)值模型，研究了基坑開挖及降水引起的地鐵隧道的受力變形；李?。?］提出了針對旁側(cè)基坑施工的“兩階段”計算方法；沈雯等人［7］通過現(xiàn)場監(jiān)測的手段分析了上海軟土去基坑開挖對旁側(cè)地鐵車站的影響；張向軍等人［8］通過有限元方法分析了基坑開挖對鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的影響因素；楊鵬［9］運用FLAC 軟件研究了長距離并行基坑對鄰近隧道的影響；林啟明［10］研究了基坑圍護施工對其下臥礦山法隧道的擾動影響。

以往的研究主要針對直線型隧道，而對于基坑鄰近曲線隧道的情況卻鮮有分析或研究。本文以某鄰近運營地鐵線路的基坑項目為依托，建立基于Midas GTS 的三維有限元數(shù)值模型，并對隧道位移進行現(xiàn)場監(jiān)測，對比分析研究基坑施工過程對鄰近曲線隧道結(jié)構(gòu)的影響。

1 工程概況

1.1 項目概況

某學(xué)校項目緊鄰已開通運營曲線地鐵區(qū)間隧道。地塊內(nèi)擬建3 棟3～6 層教學(xué)樓，地塊北側(cè)布置有地下兩層車庫，局部為一層地庫。該項目與地鐵隧道的平面關(guān)系如圖1所示。

圖1 擬建項目與地鐵隧道平面關(guān)系Fig.1 Relationship between the Project and the Metro Tunnel

地下2 層地庫區(qū)域基坑開挖深度為10.3～11.9 m，采用圍護樁+內(nèi)支撐的支護形式，圍護樁采用?900@1 100 mm鉆孔灌注樁，樁長23～25 m，布置有兩道混凝土支撐。地下一層區(qū)域基坑開挖深度為2.5～6.3 m，鄰近地鐵側(cè)采用懸臂工法樁支護，內(nèi)插HN700×300@1 200 mm H型鋼（隔一插一），型鋼長9 m。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)本項目勘察報告，本項目所在場地的土層參數(shù)如表1所示。

表1 土層參數(shù)Tab.1 Soil Parameter

本項目兩層地庫西側(cè)基底位于③1粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土層中下部，東側(cè)基底位于③2粉砂層中，東側(cè)一層地庫坑底位于③1粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土層頂部。

2 隧道變形控制標準

依據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范：CJJ/T 202—2013》，考慮到項目鄰近的地鐵線路已處在運營階段，并結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗［11］，提出對地鐵結(jié)構(gòu)安全的控制指標如下：施工引起的地鐵隧道水平位移和豎向位移均不大于10 mm。

3 數(shù)值計算

3.1 有限元模型

為系統(tǒng)分析該項目基坑施工全過程對既有曲線地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的影響，建立了基于Midas GTS 的三維有限元計算模型，如圖2所示。

圖2 有限元模型Fig.2 Finite Element Model

3.2 數(shù)值計算主要步驟

根據(jù)本項目的施工組織設(shè)計，模型中計算步驟如表2所示。

表2 計算工況Tab.2 Working Condition

3.3 計算結(jié)果

根據(jù)三維模型計算結(jié)果，區(qū)間隧道受地下兩層地庫基坑開挖施工擾動影響較為明顯。右線隧道由于遠離施工場地，受該項目施工影響較小，各工況下的最大變形發(fā)生在左線隧道處。

該項目兩層地庫基坑施工期間由于基坑開挖卸載導(dǎo)致左線隧道最大水平位移為4.01 mm，最大豎向位移為6.39 mm（上?。鐖D3所示。

圖3 基坑開挖至基底時隧道變形云圖Fig.3 Displacement of Metro Tunnel when Foundation Pit Excavation to Bottom

基坑回筑至±0 時左線區(qū)間隧道最大水平位移為4.61 mm，最大豎向位移為6.16 mm（上?。?，如圖4所示。

圖4 基坑回筑至地下室頂板時隧道變形云圖Fig.4 Displacement of Metro Tunnel when Foundation Pit is Backfilled to the Top of the Basement

3.4 措施要求

通過對上述計算結(jié)果的分析，初步得出該項目的實施對地鐵區(qū)間隧道的影響滿足地鐵結(jié)構(gòu)變形控制要求。針對計算得出的隧道位移特征，并結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗，提出以下措施要求：

⑴土方開挖原則上應(yīng)分區(qū)分段對稱進行，遵循“分層開挖，先撐后挖”、“分層開挖、嚴禁超挖”的原則。

⑵材料堆場、鋼筋加工棚等施工荷載較大的區(qū)域應(yīng)遠離地鐵特別保護區(qū)范圍布置。

⑶應(yīng)制定地鐵區(qū)間隧道專項地鐵安全保護監(jiān)測方案，全過程貫徹信息化施工，對監(jiān)測結(jié)果進行實時反饋分析。

4 現(xiàn)場監(jiān)測

為保證地鐵的安全運營，對本項目基坑邊線外擴30 m 對應(yīng)的地鐵區(qū)間隧道布置監(jiān)測點對隧道結(jié)構(gòu)的變形進行監(jiān)測。監(jiān)測點的平面布置根據(jù)左線和右線，自西向東依次分別為Z1～Z25和Y1～Y25。

基坑施工對地鐵隧道影響較大的為左線。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，左線區(qū)間隧道的水平、豎向位移曲線分別如圖5所示。

圖5 左線隧道位移實測曲線Fig.5 Measured Displacement of Left Line Tunnel

根據(jù)隧道的實測位移數(shù)據(jù)，該項目基坑施工期間，地鐵隧道最大水平位移為4.02 mm，最大豎向位移為4.75 mm，均未超出報警值，隧道結(jié)構(gòu)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)論

通過建立三維有限元模型，計算分析了基坑施工對鄰近隧道結(jié)構(gòu)的影響，并通過現(xiàn)場布置監(jiān)測點，對施工期間的隧道位移進行了實地測量，可得出以下主要結(jié)論：

⑴建立基于Midas GTS 的三維有限元計算模型，可得出施工過程中既有曲線隧道的位移響應(yīng)。計算結(jié)果表明：地鐵隧道在該項目施工期間最大水平位移為4.61 mm，最大豎向位移為6.39 mm（上浮）。

⑵通過對基坑外側(cè)地鐵隧道的布點監(jiān)測，可得出在基坑施工過程中的隧道結(jié)構(gòu)變形規(guī)律。實測結(jié)果表明，地鐵隧道最大水平位移為4.02 mm，最大豎向位移為4.75 mm（上?。瑵M足軌道變形要求，對地鐵結(jié)構(gòu)及運營安全影響可控。

⑶有限元模型計算所得的隧道水平位移和豎向位移最大值均比現(xiàn)場實際監(jiān)測的結(jié)果略小，但隧道位移響應(yīng)的整體規(guī)律相同，表明本文建立的三維有限元模型能夠較為真實地反映工程實際情況，對于鄰近曲線地鐵隧道的基坑工程設(shè)計和施工具有指導(dǎo)意義。