基坑围护设计对邻近地铁结构影响分析

基坑围护设计对邻近地铁结构影响分析

丁健

中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北省武汉市430063

摘要：随着城市化进程的加快，建设用地日益紧张。在地下车站附近进行工程活动是不可避免的。邻近地铁的深基坑开挖已经成为影响地铁隧道安全的一个重要的因素。地铁车站和路段在基坑开挖的影响范围内，开挖引起的地面扰动会引起地铁结构的附加位移和应力，甚至造成车站与车站之间的错位，影响正常运行。为此，基坑设计应在满足强度要求的基础上，实现周围扰动土的变形控制，以满足相邻地铁结构的安全和正常使用的要求。

关键词：基坑围护设计；邻近地铁结构；影响

商业需求和城市空间限制使得许多住宅建筑必须毗邻或甚至覆盖地铁结构。其施工活动必然会对相邻的地铁结构产生影响，地铁结构的过度变形会引起自身的裂缝、渗漏等现象，从而影响地铁的正常运行，甚至危及运营安全。与一般地下结构相比，地铁隧道的纵向刚度和总体结构刚度相对较小，抗外载能力也较差。因此，对地铁结构的变形和应力的控制要求相对严格。随着我国地铁运营里程的不断增加，对相邻地铁施工活动引起的地铁结构变形和内力变化以及对地铁结构的相应防护措施的研究越来越受到重视。

1基坑工程的影响机理及影响因素

1.1影响机制

在基坑施工中，由于挡土体（地下连续墙等）和支撑体（拆除支撑、角撑等）引起的土体应力释放；基坑开挖卸载引起的不平衡力使基坑底部土体向上隆起。围护结构的侧向变形和施工期间的降水活动可能引起地下水渗流和土体固结，从而引起周围地层的响应。应变场和应力场的变化将影响地铁结构的变形和内力。

1.2影响因素

基坑工程对邻近地铁结构的影响与基坑和地铁结构有关，包括基坑规模（平面尺寸和开挖深度）、围护结构体系、地基加固和加固形式、土方开挖顺序和方式、基础垫层（或楼板）浇注的情况等。E、面积、水截断方法和施工质量、隧道结构刚度和尺寸以及隧道与基坑的相对位置。位置（水平和垂直距离）之间的关系等等。

2工程概况

2.1基坑概况

本工程为某雨污水泵站改扩建工程，采用全地下式泵房的布置形式，工程位于宁波市江东区，场地北侧紧邻北侧轨道1号线交通江厦桥东站。泵站基坑分两部分区域：（1）主泵房基坑：基坑尺寸为35m×19.8m，基坑面积约为607m2，为规则矩形，开挖深度13.15m。（2）变配电间基坑：基坑尺寸为14m×13.2m，基坑面积约为148m2，为不规则形，开挖深度7.25m。

2.2地质分析

2.2.1工程地质

工程地质是指地铁车站建设位置的工程环境。在超深基坑支护结构设计中，工程地质信息是整个前期工作的重要组成部分。设计人员应紧密结合调查人员的工作和成果，详细、全面地了解地铁车站和连接轨道的方向，车站的地址区域是否具备修建地铁车站的条件，挖掘超深基坑，是否存在不良地质C。地铁车站是否存在不良地质条件。在村镇占用土地的，必须检查建设用地是否被拆迁。围护结构设计的参加者应到地铁车站超深基坑的施工现场及其周围环境，仔细调查工程地质，掌握超深基坑工程的环境条件，勘察周边结构、建筑物、公路桥梁，城市社区等信息，仔细测量相邻车站之间的距离，避免超深基坑围护结构的影响。

2.2.2水文地质

水文地质调查与测量属于地铁车站超深基坑围护结构设计的前期工作。设计人员采集超深基坑的水文地质，然后对挡土结构进行精确设计。在地铁交通工程方案中，预先确定地铁车站的方向，并标明地铁车站的具体位置。测量员应到达施工现场，调查超深基坑的高程和水文影响范围内的地质水文条件，记录岩土工程勘察资料，并编制勘测报告。在水文地质勘察报告中，记录各岩土层的信息，检测各土层的物理力学性质以获得相关参数信息。在水文地质勘察中，钻探法是用来钻取岩土地质样品的。在钻孔测量过程中，应重视超深基坑的水文信息分析和深部隐伏水的勘察。在施工过程中应充分考虑水文和水力处理方案，以消除水文对施工过程的不利影响。

2.3地铁车站情况

本次基坑三倍开挖深度影响范围内主要包含地铁车站、车站C出入口、地铁区间三部分。

（1）地铁车站

地铁车站结构体系为15m×21m钢筋混凝土结构，埋深约18m。基础采用天然地基。车站外墙边缘距离变本次开挖基坑边缘约12m。

（2）车站C出入口

出入口结构体系为38m×23m钢筋混凝土结构，埋深约9m。基础采用灌注桩桩基基础。出入口外墙边缘距离本次开挖基坑边缘约1.8m。

（3）地铁区间

地铁区间为两个6.7m圆形混凝土衬砌结构，埋深约16m。采用盾构法施工，天然地基。区间边缘距离本次开挖基坑边缘约14m。

2.4地铁保护控制标准

基坑开挖势必会引起土体侧移，造成临近地铁结构向基坑方向位移。根据宁波地铁轨道交通安全保护部门规定，基坑开挖引起的地铁结构垂直和水平方向位移应小于10mm，车站与区间的差异沉降应小于5mm。

3基坑设计方案

3.1总体方案

为尽可能减小泵站基坑开挖过程中对地铁车站的影响，需考虑采用刚度较大，整体较好的围护体系，并设置合理的支撑体系。且在开挖顺序上需分区开挖，既先进行主泵房基坑的开挖，等主泵房主体结构完成后，再进行变配电间的基坑开挖。

3.2围护结构设计

主泵房开挖深度13.15m，平面形状为矩形，采用800mm厚地下连续墙，内设三道水平支撑，第一道为混凝土支撑，其余两道为钢支撑。坑底采用旋喷满堂加固，厚5m。

变配电间开挖深度7.4m，考虑原出入口围护桩的影响，采用咬合桩做为围护，内设两道水平支撑，第一道为混凝土支撑，第二道为钢支撑。坑底采用旋喷满堂加固，厚5m。

4周边环境影响分析

4.1计算模型

综合考虑分析问题的合理性、计算速度和模型规模，选用PLAXIS有限元分析软件，并采用二维有限元平面应变模型进行分析。基坑围护分析过程中，针对不同分析对象采用不同的单元类型和本构关系，分析模型的竖向底部采用全自由度约束，侧面采用侧向约束。本次有限元分析分别模拟基坑开挖对地铁车站、地铁出入口、地铁区间的影响。

4.2模拟工况

工况1：生成初始应力场；

工况2：模拟地连墙、咬合桩的施工；

工况3：模拟主泵房土体开挖第一层土+施工第一道支撑

工况4：模拟主泵房土体开挖第二层土+施工第二道支撑；

工况5：模拟主泵房土体开挖第三层土+施工第三道支撑；

工况6：模拟主泵房土体开挖到基底+施工泵房底板；

工况7：模拟主变配电间土体开挖第一层土+施工第一道支撑；

工况8：模拟主变配电间土体开挖第二层土+施工第二道支撑；

工况9：模拟主变配电间土体开挖到基底；

4.3计算结果

图1为在基坑开挖到底后，墙体变形计算结果。从图8中得知，土体水平位移靠主泵站侧最大为20mm，靠变配电间处最大为16mm，基本满足一级基坑的变形控制规定。

图8墙体变形计算结果

最大变形量分别为4mm、7mm及3mm，变形主要方向为向基坑方向的水平位移。变形值基本满足10mm的控制标准，车站与区间的差异沉降也在5mm范围之内。

5未来研究方向

基坑开挖卸荷引起的周围地层和地铁结构的变形和内力不仅与基坑开挖量和地铁结构的相对位置有关，而且受基坑支护体的屏蔽作用和地铁结构刚度的影响。E本身。因此，有必要研究土方卸载、基坑支护体与地铁结构刚度的耦合作用。积累更多的区域经验和工程经验，选择合适的计算分析模型和参数，使理论计算和有限元模型的假设更加合理，使计算分析结果更加准确。在对大量实测数据进行统计分析的基础上，结合理论计算和有限元分析，进一步探讨了基坑对邻近地铁结构影响的机理和影响因素。改进监测工作方法，提高监测仪器的精度，保证监测结果的可靠性和准确性。同时，在实际测量过程中，应扩大和增加监测的范围和内容，为理论研究和数值分析提供坚实的基础。

结论

随着经济的发展和城市化进程的加快，为了满足市民日益增长的出行需求，大量的城市地铁工程相继建成，导致了大量的深基坑工程。由于这些深基坑和大型基坑通常位于密集的城市中心，往往靠近建筑物、主干道、地铁隧道和各种地下管线，因此基坑施工场地紧张，施工条件复杂，施工工期紧迫。这些都给基坑工程的设计和施工带来了越来越大的困难。基坑的主要恶性事故不断发生，施工安全形势越来越严峻。如何选择科学合理的支护方案，设计正确的支护结构，已成为许多从事基坑工程的技术人员关注的问题。通过有限元模拟，可以保证较大刚度的支护体系能有效地控制地铁车站、入口处、入口和路段对基坑本身及周围环境的安全性的影响。通过主泵站与变电站之间的分区开挖，控制基坑开挖的面积，可以进一步减少对周围环境的影响。

参考文献：

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