大型基坑施工对临近运营地铁影响分析

方雷明

上海广联环境岩土工程股份有限公司 上海 200000

摘要：随着城市的快速发展，地铁车站周围的建筑也越来越多，周边建筑的建设不可避免地会对地铁车站产生负面影响。某大型地下基坑施工监测资料采用有限元计算方法分析了基坑的力学特性，探讨了基坑施工对邻近地下车站变形的影响。合理的地下连续墙、钻孔、适当的被动面加固方法和排气系统的科学设计等保障体系，可以保证排气设计对相邻车站的影响得到控制和接受，为软土地区类似地基的施工提供了参考经验。

关键词：大型基坑；施工；临近运营地铁；影响分析

引言

随着中国经济的快速发展，城市化进程也越来越快。作为提高公共交通服务水平的重要基础设施，公共交通正在各地加快城市规划和轨道交通建设的步伐，特别是在东部开发区，许多正在建设和运营中的城市交通网络在城市交通以集中客运为主的地区，其线路往往向中心城区移动，而中心城区正处于旧城改造和旧城体制的自然发展阶段，特别是近年来，国家为了节约和集约利用有价值的土地资源，对老城区进行了总体规划；而大规模的城市更新，在已建成或已运营的地铁旁进行的建设项目越来越多，地下设施保护的研究也在进行中。一个经济有效的工程实施方案和合理的保障措施，是确保地铁安全的城市新建工程竣工的主要问题。以有限元数值分析为研究手段，分析了基坑施工各阶段的影响、变形结果及各阶段的规律，总结了实施过程中的防护措施及变形控制效果。

1工程概述

城市地铁运行控制中心由主塔、主塔裙楼和三层地下室组成。裙楼有3层，高度约23m，主塔地面34层，高度约150米，控制中心基坑面积约9302M2，主楼基坑深度约18.0m，该平台的基坑工程约16.5米，控制中心基坑工程接近地铁2号线。北境铁路车站基坑支护结构与辅助结构最接近的净距分别为0.58米、3.45米和5.4m。基坑施工方法为开洞开挖法，支护结构为800 mm连续墙＋3混凝土支护。基坑开挖会对地铁车站和盾构隧道的安全产生不利影响，风险很大。目前，北火车站和北火车站至川新鼓楼站的盾构隧道均已通车。为了保证既有地铁设施的结构和运营安全，有必要对临近地铁的深基坑开挖对地铁设施的影响进行评估。

2基坑设计

控制中心基坑面积约9302m2，主塔基坑埋深约18.0m，裙房基坑埋深约16.5m，基坑规模约453.9m，基坑设计如下。

（1） 基坑分为大、小两个基坑，分两期实现，中间采用连续墙封堵分离，大基坑位于地下三层，小基坑位于地铁隧道附近地下一层为（二期，小基础矿），地下三层为（一期，大基坑），大基坑距隧道较远，先施工，而小基坑必须在地下室建成后才能施工。（2）根据第一阶段基坑的形成保护环境，地质条件及工程造价由基坑800mm连续墙内支护验收，大型基坑尺寸为3个混凝土支架，第一个在天车上，其余部分在混凝土檩条上，小基坑井的第一层地下由混凝土层支撑，第三层地下由第一层混凝土层支撑，第二层和第三层由钢支撑。（3）靠近地铁的基坑井西侧、东侧和如需加固，根据监测结果对建筑物附近的基坑南侧进行检查。（4）在基坑西北角设置连接通道，与地下车站连接。区间中部旋喷桩用于封堵连通渠基矿与北站附属构筑物之间的积水。

3基坑施工安全性分析

本文利用大型有限元程序ANSYS对基坑施工的安全性进行分析，分析了土体位移场的分布和结构内力的变化，并对基坑开挖对地铁2号线隧道和车站的影响进行了评价。

3.1岩体弹塑性破坏准则

理论分析和实践经验表明，Druker-Prager（D-P）准则是有限元分析中模拟岩体力学性质的最佳准则。一方面克服了Moore-Coulomb准则角点处的不连续导数问题。另一方面，结合Moore-Coulomb准则可以方便地确定计算参数。因此，计算采用D-P准则。

3.2岩土物理力学参数

在计算分析中，采用固结快剪值计算土层的粘聚力和内摩擦角，用D-P准则代替传统的莫尔-库仑准则模拟土层的本构模型。

4对策分析

深基础的开挖不仅要考虑基础本身的强度和稳定性，还要考虑周围环境的影响，本文以地下隧道附近的深基础开挖为研究对象，结合土的变形控制标准，总结了以下控制措施。

4.1.合理选择支护体系

紧邻地下隧道的地下基坑工程变形控制十分严格，应考虑低侧向位移、高刚度、完整性好的支护形式。两者各有利弊，如采用钢管支架，单根钢管强度不够，可通过增加钢管数量来协调，施工速度快，无支架暴露时间最少；如采用钢筋混凝土支架，结构变化大，强度大，但混凝土硬化需要时间，等于增加无支撑的暴露时间，不利于周围土壤的稳定。

2.2.土壤加固

为了有效减少地下基坑工程对邻近地铁隧道的负面影响，主要从以下两个方面着手：1）对于基础的主动区和被动区的土壤，可以采取一些加固措施；2）对基础和地下隧道之间的土壤进行加固，施工前必须对相邻建筑物的地基（待保护）进行加固其次，在邻近的地铁工程中，应实时观测地下隧道的变形情况，并采用联网的方法进行补偿。

2.3科学的排气方法，注重时空效应

充分测试施工过程中的时间和空间，确定开挖和支护的施工工艺，尽量减少非支护暴露时间，严格按照施工工艺步骤进行，减少基础矿的铺设。三维有限元建模过程：对于紧邻地铁隧道的基础工程，在不同区域引入开挖措施，可以有效降低大型基础对邻近地铁隧道的影响。

结语

1）基坑开挖过程中，由于大量卸土和基坑底鼓，地铁车站向基坑方向偏移，车站整体抬升。在基坑设计中，应加强支护结构的侧向刚度和被动区的加固，从而有效地控制地铁结构的侧向位移。（2） 通过数值模拟分析和实际监测数据分析，在开挖第二层土时，结构变形较大，尤其是侧向位移较大。在基坑设计中，应注意加强第二桁架支护的整体刚度。（3）根据时空效应，将大基坑分为几个小基坑，分段开挖是控制地铁车站变形的有效手段。

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