基坑开挖施工对邻近运营地铁隧道变形影响分析

基坑开挖施工对邻近运营地铁隧道变形影响分析

李志欣

广州轨道交通建设监理有限公司广东广州510010

摘要：本文充分结合广州地铁2号线延长线南延段工程，利用有限元数值模拟、计算与实测结果对比的形式对基层开挖施工对临近运营地铁隧道变形产生的影响进行了分析，并充分结合实测结果及数据进行分析。

关键词：基坑开挖施工；临近运营地铁；隧道变形影响

前言：近些年来，随着我国城市建设的快速进步与地铁交通工程项目的快速建设，地铁沿线的土地开发工程不停地增多，众多位于地铁保护范围的建筑基坑工程建设，在运营地铁隧道周围开展基坑开挖，不可避免的会严重影响地铁隧道结构导致其发生变形。除此之外，地铁运营线路需要严格控制结构的变形，因为结构的变形会为地铁隧道的运营与使用安全带来严重危害。为此，势必要加强对临近地铁建筑基坑施工影响地铁隧道结构的重视，从而对基坑施工对临近地铁隧道造成的影响进行精准的评价，从而为原有地铁隧道的运营安全提供保障。

1工程概况

1.1线路简述

广州地铁2号线南延段工程全线均为地下线，线路全长13km，总体呈南北走向，是广州市南北各大车站繁华地区的快速轨道交通走廊。线路北起昌岗站，最南端将直达广州南站。

1.2工程概述

2号线南延段06标包括1站1区间。车站为昌岗站，区间为昌岗站-江泰站。车站主体结构为地下四层三跨框架结构，围护结构采用地下连续墙+内支撑体系，车站总长139.2m，标准段宽24.9m，端头井宽29m，底板埋深约34/32m。

1.3工程水文地质情况

车站基坑所处地层主要为粉土、粉砂、粉质粘土、卵石层。地下水位为19.00m（地面以下21.51m），水位线以下地层主要位于卵石⑤层：杂色，密实，亚圆形，一般粒径2~6cm，最大粒径大于15cm，重型动力触探数平均值为85，局部夹粘性土，中粗砂填充约35%；粉质粘土⑥层:褐黄色，软塑~硬塑，属中低压缩性土，含云母、氧化铁，少量姜石，局部夹粉细砂、粉土或粘土薄层；卵石⑦层：杂色，密实，亚圆形，一般粒径为4~8cm，最大粒径约15cm，重型动力触探数平均值为115，中粗砂充填约30～35％。

1.4有限元数值的模拟

在进行工程的设计时，为对基坑开挖对原有隧道的影响进行评估，利用适当的有限元软件对整体的施工过程进行模拟计算。因为需要对魔性的尺寸与计算能力进行充分的考虑，因此，通过基坑方面的典型A-A剖面模型尺寸示意图进行模拟计算。

相关人士认为，唯有对土体小应变刚度特点进行充分考虑，特别是小应变条件下的高模量与高速非线性，才可以更加科学的对基坑开挖造成的土体或者隧道变形进行合理的预测。为此，本文模型中的中土体利用中小型应变硬化模型实施的模拟。依照相关人士的研究成果，进而对盾构隧道横向刚度的有效率定义为75%，从而能够充分呈现管片间接头存在对原有隧道的变形造成的影响。模型中的地连墙、隧道衬砌、支护排桩与隔离桩都是利用线弹性混凝土的材料进行模拟，弹性模量的取值为30GPa，泊松比0.2。支护排桩利用plate单元的近似进行模拟，其板厚依照抗弯等效的原则进行明确。隔离桩利用相关的软件对embedded桩的单元进行模拟。

在模型进行计算时需要对坑内降水对基坑围护结构与坑外土体隧道等变形造成的影响进行充分考虑，计算步设置成分层降水的形式，而降水后在开挖架设水平提供支撑。模型设置共分为是个计算步骤，南侧窄坑开挖到底后在进行北侧放坡环节的开挖。

2加强分析原有隧道结构变形的实际测量结果

2.1施工现场的监测方案

依照专项的设计方案与有关规范要求，施工期间对广州地铁2号线南延线工程隧道结构竖向位移与水平位移实施现场监测。地铁隧道的结构竖向位移利用准确的仪器实施检测，测量通常设置在20米的等间距监测断面，直到两端的监测范围里程，测点布设通常是在地铁隧道结构的侧墙上面。若是发生在沉降缝的位置，在沉降缝两端加设测点，区间隧道结构沉降总计布设了十五个测点，如下图5所示。地铁隧道的结构横向位移需要利用全站仪实施监测，将水平变形测点布设到地铁隧道结构侧墙上，测量利用反射棱镜在结构侧墙上进行固定，测点到达道床的高度需要保持在2米-3米。结构水平位移测点间距和隧道结构的沉降测点统一，都布设在隧道临近基坑的一侧结构侧墙上面，总共布设了十五个水平位移监测点。

2.2实测结果和数据的有效分析

2.2.1竖向变形实测结果分析

地铁结构各个竖向位移测点累积了最大的统计曲线，利用图7进行呈现。

2.2.2横向变形实测结果分析

地铁区间结构各横向位移测点累计最大值统计曲线如图5所示，竖向累计值的最大测点变化时程曲线如下图6显示。

利用图5所示能够得知，地铁区间竖向位移很小，施工期内都没有超过变形控制值，最大竖向的位移测点是SH4，最大位移的量是下沉0.9毫米；最小的竖向位移属于下沉0.2毫米，最大差异沉降为0.6毫米。从图6中我们能够看出，地铁竖向位移呈现出先上浮在进行下沉，之后在上浮的变化趋势；原有地铁竖向位移的较多出现在基坑施工时，并不是出现在基坑施工完成后。

通过图7我们能够得知，地铁区间横向位移施工中都没有超过其结构的变形控制值，方向是偏向基坑开挖测，变形体现在两头小中间大的形式，最大的横向位移测点时HX8，最大的位移量是0.7毫米；最小的横向位移是0.2毫米。

结束语：

本文充分结合了广州地铁2号线南延段工程对基坑开挖施工影响临近运营地铁的因素进行了分析，从而为更多的业内人士带来有价值的借鉴与参考，希望为我国运营地铁的良好发展提供保障。

参考文献：

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