摘要：以苏州市博览中心的三期基坑紧邻已运营的地铁1号线区间隧道为背景，分别采用Flac3D有限差分法和Abaqus有限单元法，对基坑施工的全过程进行动态模拟和比较分析了隧道周边侧土体加固及基坑支护刚度加强对区间隧道的影响，根据分析结果探讨减少基坑开挖对紧邻区间隧道影响的控制措施，以保证地铁的正常运营，为类似工程设计与施工提供借鉴和参考。
关键词：基坑施工；紧邻地铁；结构施工
随着我国的经济发展和社会进步，城市轨道交通越来越成为人们不可或缺的交通工具，同时，地铁周边房地产的开发越来越发达，这些工程在建设过程中开挖基坑势必造成周边地层的应力释放和重分布，从而导致地铁结构产生位移等影响地铁功能和威胁地铁安全的问题，而地铁车站和区间隧道结构是对变形要求极为严格的地下结构物，特别是已运营的地铁线路对于变形要求更为严格，根据苏州市轨道公司要求，苏州市轨道交通暂执行保护标准如下：结构最大位移不能超过10mm，隧道变形曲线的曲率半径R≥15000m，相对弯曲≤1/2500。因此，对临近的基坑施工所造成的地铁结构产生的影响进行分析研究，并提出相应的预防和控制措施具有很重要的工程实际意义。
本文以苏州市博览中心三期基坑紧邻已建成的地铁1号线地铁结构作为背景，分别采用Flac3D有限差分法和Abaqus有限单元法，对基坑施工的全过程进行动态模拟和比较分析了隧道周边侧土体加固及基坑支护刚度加强对区间隧道的影响，研究基坑工程施工对紧邻地铁结构的影响，探讨深基坑工程施工对紧邻地铁结构影响的控制措施，为类似工程提供参考。
1工程概况
苏州博览中心三期位于苏州工业园区金鸡湖畔，基坑平面面积约为33330平方米，周长总延长约730米。地下室基础底板板厚600mm，承台高度1100～2000mm，考虑200mm的垫层厚度，基坑开挖深度为9.95米～11.35米。围护结构形式采用钻孔灌注桩（局部800mm地下连续墙）+两道混凝土支撑的形式。基坑南侧翠园路下方敷设有苏州轨道交通1号线文化博览中心站及文化博览中心站～华池街站盾构区间，距离博览中心站～华池街站盾构区间隧道结构外边线最近距离为18.9米。苏州轨道交通1号线现已投入运营。
2数值模拟分析
2.1 Flac3D三维数值分析
2.1.1计算模型
本次建模过程中，土体采用实体单元建模，其物理力学参数采用业主提供的《苏州国际博览中心岩土工程勘察报告》（补充勘察）资料，并采用库伦―摩尔屈服模型，地下水位及其相应参数采用地质报告提供数据，在基坑开挖工况中开启土体大变形模型，模拟真实施工情况。建模过程中，结构单元的几何模型参数均参考博览中心三期基坑平剖面图（为方便建模，适当简化），标高原位相同。三维建模原型中，土体建模x方向左端距下行区间边缘内100m，右端距苏宁电器城基坑右侧50m，总长达到430m；土体建模y方向按开挖基坑两端向外侧延伸80m、60m考虑，总长430m；土体建模z方向（深度）除盾构上覆土14.5m外，盾构下侧土体向下延伸60m，总长100m。
2.1.2计算结果
基坑施工的主要工况为模拟基坑开挖和架设支撑及回筑全过程，根据计算统计结果，基坑开挖引起的盾构区间隧道结构最大沉降4.1mm及最大水平位移2.7mm。盾构区间最大差异沉降为0.7mm，满足轨道道床正常车辆行驶差异沉降限值2mm。基坑坑开挖引起的附属结构最大沉降5.8mm及最大水平位移2.7mm。
2.2 Abaqus二维数值分析
2.2.1计算模型
盾构隧道为左右双线对称布置，外径6.2m，内径5.5m，左右线隧道线间距为13m。隧道顶部距离地面取10m。钻孔灌注桩直径为900mm，插入比为1：1，地下连续墙厚度为800mm。为了忽略边界条件对计算结果的影响，计算土体深度范围为地面下70m，计算土体宽度范围为每侧向外不小于5倍的隧道外圆直径。各土层参数按照地质勘察报告取用。
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模型网格划分中，土体单元4468个，盾构环采用shell单元，分别建立钻孔桩和地下连续墙单元。
2.2.2计算结果
根据计算统计结果，基坑开挖引起的隧道结构最大沉降3.6mm及最大水平位移2.8mm。
2.3靠近地铁一侧土体加固作用的分析
博览中心三期的基坑方案中，在开挖A区大基坑时，对靠近地铁侧的土体进行了加固处理，下面模拟不进行土体加固的情况下对地铁沉降的影响，以此分析土体加固的作用和效果。施工工序与前述模拟相同，仅取消对B区基坑范围内所做的土体加固，分析可见对靠近地铁侧的土体进行加固：对控制地铁的沉降位移是有效果的。
2.4考虑邻近地铁侧地下连续墙加厚的作用的分析
博览中心三期现围护结构方案在靠近地铁侧采用800mm厚地下连续墙，下面通过建模比较将地下连续墙加厚到1000mm厚会对地铁的变形有何影响。由前面的数值模拟可以看出，在基坑开挖及回筑阶段，对地铁结构变形影响最大的工况发生在基坑开挖阶段，此阶段最大沉降为3.6mm，最大水平位移为2.8mm。以此数据为基础进行对比，由上述分析可见对靠近地铁侧的地下连续墙进行加厚，对控制地铁的水平及竖向位移是有效果的，其中对水平位移的影响比较显著。
3结论及工程建议
3.1结论
基于以上数值模拟分析，初步可得出以下结论：
1）根据计算结果及相邻二期基坑施工的对比分析，本次基坑开挖引起的地铁车站附属结构最大竖向位移为5.8mm，最大水平位移为2.7mm；引起的隧道结构最大沉降三维结果4.1mm（二维结果3.8mm）及最大水平位移三维结果2.7mm（二维结果3.1mm）。基坑开挖对距离较近的地铁附属结构影响较大，由于前期基坑开挖引起地铁结构沉降为4mm，与本次累计沉降值满足10mm限制的要求。盾构区间最大差异沉降为0.7mm，满足轨道道床正常车辆行驶差异沉降限值2mm。
2）靠近地铁侧围护结构插入深度的加厚、靠近地铁侧土体的加固，对控制地铁隧道的变形均是有利的。
3）基坑施工引起地铁结构的变形较大范围主要发生在基坑开挖区域附近，离基坑较远处的隧道变形十分微少。
3.2工程建议
基于以上数值模拟分析，初步可得出以下结论：
1）在项目工程施工时，首先建立严密的既有车站及区间隧道内部结构受力、变形、沉降的监控量测体系，对施工过程进行全面的监控量测，随时反馈信息，指导施工生产。在发生既有地铁结构沉降速率超过规定值时，应立即启动抢险预案；对于车站及隧道渗漏点应及时注浆处理。
2）A区的开挖必须在B区的围护和坑内加固完成后再实施；如条件具备建议拉槽施做完B区靠近地面的第一道混凝土支撑，可在A区基坑开挖形成较大刚性结构改善地铁结构的变形。
3）靠近地铁侧围护结构插入深度的加厚、靠近地铁侧土体的加固，对控制地铁隧道的变形均是有利的；因此建议以后在类似基坑设计时适当加厚临近地铁一侧的围护结构并尽量隔断含水层，同时对临近地铁一侧基坑采取被动去土体加固措施减少对地铁结构影响，更好控制对地铁结构变形。
参考文献
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[4]戴博红.深基坑施工对邻近地铁隧道的影响预测[J].城市轨道交通研究.2008(08)
论文作者:马耀娇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：基坑论文; 地铁论文; 隧道论文; 结构论文; 位移论文; 盾构论文; 区间论文; 《基层建设》2018年第29期论文;