浅议深基坑施工对紧邻地铁区间隧道结构影响

浅议深基坑施工对紧邻地铁区间隧道结构影响

摘要：随着城镇化进程的加快，城市的建筑工程也蓬勃发展了起来。在进行建筑工程施工的时候，就必然会涉及到深基坑开挖工作。同时城市人口的增加也加大了城市的交通负担，各大城市都开始修建地铁已缓解交通压力。那么，在进行深基坑开挖的时候，如何在设计和施工的时候准确的计算出土体位移，保护地铁隧道区间以及基坑周围其它建筑物和管线便成为设计和施工中一个十分棘手的问题。本文主要分析了深基坑施工对于紧邻地铁区间隧道结构的影响，以期作为参考。

关键词：深基坑；紧邻地铁；隧道结构；影响分析 一 深基坑施工对地铁隧道的影响分析

随着城市建设发展的需要，不可避免地会在已建地铁隧道之上或两侧进行各种各样的施工活动尤其是深基坑开挖工程。在深基坑的建设中，包括桩基础、地下连续墙及基坑开挖施工等施工行为，势必会引起坑底回弹(隆起)、支护后土体侧移以及坑外地面沉降等，显然会影响甚至改变其近处地铁隧道的应力应变状态，对其相邻地铁隧道使用功能及地铁安全产生影响甚至造成严重危害。

（一）影响分析

1地铁隧道沉降

由于深基坑开挖施工引起围护墙侧向位移及坑内隆起等原因而使坑外土层沉降，埋于土层中的地铁隧道也随土层沉降而下沉。地铁隧道的沉降与其下土层的沉降是相协调的，但由于地铁隧道刚度和土层刚度不同，两者沉降稍有差异。所以说地铁隧道的竖向沉降破坏是由土层的不均匀沉降造成的。

2 地铁隧道变形

软土地基中的地铁隧道由于深基坑开挖施工围护墙的侧向水平位移而向深基坑方向位移，且因围护墙侧向水平位移不均，而使地铁隧道产生挠曲变形而产生附加变形和应力，若地铁隧道能够承受这些附加的应力和变形则还能正常使用，否则就会遭到破坏，主要表现为隧道区间产生变形或变位，以及衬砌被压坏等。

（二）原因分析

1客观因素

第一，工程地质条件，如地层的物理力学性质、地下水条件等； 第二，岩土工程环境条件，如基坑周边建（构）筑物，市政设施和地面超载等。

2支护设计条件

第一，支护结构的刚度、支撑刚度和墙体入土深度等；第二，支撑力的大小； 第三，主动区和被动区的加固方法。

3施工条件

第一，施工工法、开挖方法等；第二， 施工周期；客观因素对基坑变形的影响是很难改变（地层加固除外），因此，主要考虑从设计及施工方案上来采取控制措施。

二 深基坑支护变形控制措施

在基坑施工过程中，从位移传递的路径可以看出，由于支护结构的变形，位移场通过周边土体向外传递并且逐渐衰减。因此，为了控制基坑引起的周边土体位移，可主要从三个方面考虑。

（一）从支护结构方面控制

支护结构的变形控制方法从受力机理方面考虑，可以加强支护结构的刚度，选取排桩、地下连续墙等刚度较大的支护型式；加强支撑力，支撑刚度，优化支撑位置；改善坑内被动区土体的工程性质，增加抗力；减小主动区的荷载，即可以考虑加固坑外侧的土。

（二）从位移场的传递路径控制

支护结构与被保护结构之间通过土体传递位移，首先可考虑对这部分土体进行加固，还可以考虑设置隔离桩。

（三）从施工工艺方面控制

基坑开挖充分利用时空效应规律，分时分块开挖，减小基坑变形对保护对象的影响。

三 案例分析

以某工程为例，本工程建筑外墙距离地铁隧道结构净距最小为 5m，临近地铁一侧的基坑支护采用了上部复合土钉墙+下部地下连续墙+预应力锚索的联合支护方案，施工期间为了保证安全，对于靠近地铁侧的土体采用水泥土搅拌桩进行加固。实践证明，此种方案支护结构的变形控制得较好，临近的地铁隧道结构以及轨道的位移可以控制在安全的范围内，地铁的运营情况良好。

（一）基坑施工对既有地铁隧道的影响分析

1基坑施工对地铁结构的影响分析

基坑开挖引起地铁隧道的竖向变形和水平变形如图1和图2所示。由于基坑开挖的空间效应，最大变形没有出现在距离基坑最近的西南角附近，而是发生在基坑西侧壁的中部偏南的位置（距离基坑西南角 30m 左右）。

图1 基坑开挖施工后隧道竖向变形（m）

图2 基坑开挖施工后隧道水平变形（m）

（1）地铁隧道横断面方向的变形

由于本项目采用了连续墙加 2 道预应力锚索的较强的基坑支护方式，建筑基坑施工引起隧道整体变形较小，其中左线隧道受基坑卸荷回弹作用的影响，产生了一定的向上的变形，最大竖向变形 2.65mm，同时向基坑内变形，最大水平变形 2.42mm，位于左线隧道东侧。右线隧道由于距离基坑较远，其位移较小，最大竖向变形 1.3mm，最大水平变形 2.0mm。

（2）隧道纵向变形

受基坑施工影响，靠近基坑的左线隧道东侧轴向方向的最大竖向变形曲线见图3。

图3 基坑施工引起左线隧道轴方向的东侧竖向变形曲线（单位：mm）

（二）施工控制重点

1土方开挖

（1）土方开挖对地铁隧道的影响分析

土方开挖分为三大阶段：深度 6.6m 以上土方开挖、6.6m 至 10.8m、10.8m 以下土方开挖至 15.0m。在深基坑开挖过程中，随基坑开挖深度加大，支护结构的变形会逐渐增加，使地铁隧道产生水平和竖向位移。

（2）施工措施

由于基坑面积大，开挖深度深，距离地铁近。如按常规基坑施工工艺，采用

分层开挖施工工艺，且施工周期长，不利于地铁变形控制。应用时空效应原理，充分发挥土体自身抗变形能力以减少土体位移。对地铁侧土体开挖按照分层、分块、对称、限时的要求，采取抽条式间隔挖土，每条长度 20m。先开挖基坑中间和距离地铁远的部位土体，临近地铁处后挖。当前期开挖土体锚索施工完毕和张拉后，再开挖临近地铁处土方。

2地下连续墙施工

（1）施工对地铁变形的影响

地下连续墙施工由于泥浆的平衡作用引起周边环境的变化较小，但是对于变形控制要求高的工程来说，这一变化量是不容忽视的。由于该工程地连墙距离隧道十分近，其工艺复杂，耗费时间长，在施工过程中要十分谨慎。地下连墙施工是在泥浆护壁条件下进行的，地下连续墙成槽时需穿越粉土和砂土层，一旦护壁泥浆参数不能满足施工要求，极易造成槽壁坍塌，从而引起周边土体变形，会严重威胁到地铁运营的安全。

（2） 施工控制要点

第一，采用长螺旋搅拌水泥土对槽壁进行加固因地连墙施工需开挖狭长深槽，而狭长深槽的自稳性较差，易发生槽壁坍塌，而且深槽塌方量较大时可造成土体位移，对地铁的保护及其不利。为保证地铁安全运营，在地下连续墙外侧增设一排长螺旋搅拌水泥土桩进行隔离。以减少施工中可能造成土体位移，保证地墙槽壁稳定，减少施工对隧道的影响。第二，泥浆质量的控制，地下连续墙成槽过程中，为保持开挖沟槽土壁的稳定，泥浆在成槽过程中起液体支撑的作用，在已开挖的土体平面上能迅速产生泥皮，防止地下水的渗入及槽壁坍塌。

3锚索施工

（1）对地铁变形的原因分析

在深基坑开挖过程中，随基坑开挖深度加深，支护结构水平抗力由锚索和基底土体完成，其锚索和土体刚度增加可以减少基坑变形绝对量。

（2）针对性措施

第一，增加锚索刚度支护结构变形同预应力锚索的刚度和预加力有直接关系，为减少变形采取在原设计方案基础上增加预应力锚索配筋来增加锚索刚度、适当增加锚索预加力和锚杆安全储备等综合措施控制基坑变形。第二，严格控制锚杆的施工角度。第二排锚索距离地铁隧道结构较近，应严格控制施工角度，避免因施工偏差而破坏隧道结构，造成严重事故。锚索注浆采取孔底返浆法，并进行二次注浆。

3基础底板施工

基坑开挖完成后及时浇筑垫层和进行基础底板施工，减少基坑暴露时间。底板与地连墙之间肥槽用混凝土与底板同时进行浇筑，确保两者之间无缝连接。基础底板浇筑后形成钢筋砼内撑，以减少基坑变形。

总之，随着城镇化进程的加快，城市地铁已成为城市缓解交通压力的重要途径。为了避免深基坑施工对于紧邻地铁隧道结构的影响，这就要求建筑施工人员在进行建筑设计的时候，综合考施工现场的地质条件、周边的建筑物、地下建筑物以及周边管线等因素，并采取必要的措施，在基坑施工的前期以及中后期，确保周围地层的移动和承载力等控制在一定的范围之内，从而保证临近隧道的安全。

参考文献

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