近接基坑的地铁区间大断面隧道施工

于琦洲

【摘要】本篇文章主要以某市的地铁建造工程作为案例分析，对于近距基坑对于地铁隧道施工过程中所可能的产生的影响进行计算，主要利用数值模拟的计算方式，采用对施工过程中的不同顺序接近距离期间，隧道内部大断面自身的支护力进行计算，通过计算的结果，能够对近接基坑在进行开挖的过程中对于断面较大的地铁隧道所产生影响。同时，依照此分析结果来对隧道内部的加固措施进行全面详细的探讨。

【关键词】基坑；隧道；影响；数值模拟

地铁隧道在进行建设的过程中，特殊情况下，会与地面工程的基坑工程开挖相交叉，而这一情况出现时，对于地铁隧道的开挖工程来说，有着极大的不利因素，如果地铁隧道不针对其相应位置进行加固，必然会导致一些工程隐患的出现。因此，大断面隧道在进行施工的过程中必须要针对近接基坑的地铁区间采取相应的措施加以解决。

1工程概况

某市案例地铁工程的案例工程为二号线一期工程，采用的是矿山暗挖区间法进行施工，从该工程从该市区的中心广场起，其地铁线路的中间段设置有相应的存车线路。但是在该地铁路线之上有一正在进行施工的建筑工程，该建筑工程为超高建筑，规模较大，塔楼高度达到了370米，利用钻孔灌注桩深基础来进行施工。其塔楼承接塔的深度达到了26米，外围设置了相应的裙楼，并且设计有三层地下室结构，采用的是箱型基础结构，基地深埋的深度达到了17米。该建筑工程与垂直线之下的地铁隧道距离仅仅只有5-23米。

根据某市地铁二号线及恒隆项目工程筹划，市一青区间左线存车线段大断面施工时间与恒隆项目地下结构施工时间大部分重叠，工期无法错开。区间结构位于浑河冲洪积地貌单元，第四系全新统中密～密实砾砂层，潜水层，水位埋深为8．7m。隧道围岩级别为Ⅵ级。

区间存车线段为马蹄形断面复合式衬砌结构，开挖跨度11．2m，开挖高度9．4m，拱顶覆土厚度7．5—8．Om，双侧壁导坑法施工，拱顶采用双排导管注浆，初期支护采用喷射混凝土加格栅钢架措施，二次衬砌采用模筑钢筋混凝土，初二衬之间设全包柔性防水层。

2控制性剖面及工况选取

根据地铁隧道工程以及上方建筑工程这两者之间所存在的影响关系，其建筑工程的基坑施工方案必须要进行相应的优化，才能够保证建筑工程施工完成后不存在质量安全隐患。在经过多项技术论证处理之后，近地铁区域的基坑施工方案确定为以下：

在地铁与建筑工程的5-21米近距离阶段，其上方建筑工程的塔楼以及裙楼应当分开进行施工，最先应当进行的是塔楼的相关基坑开挖工作，并且同步进行塔楼地下室施工，裙楼在进行施工的过程中，其中个别部分应当利用逆作施工的方式，梁结构除了要起到上部建筑结构支撑以外，还必须要对基坑内部起到相应的支护作用，其基坑的施工标准应当依照国家规定的特级基坑作为质量控制标准。

本文案例工程的工期由于和地铁隧道施工的工期相交叉重合，因此，建筑工程的裙楼地下室在进行施工的过程中，应当利用逆作的方式进行施工，对于地铁隧道二衬所产生的压力影响较小，因此，可以将施工的重点放在塔楼基坑开挖过程中对于地铁工程所产生的影响进行全面详细的分析。在分析的过程中，重点要对以下三种不同情况下的隧道工程结构进行全面详细的力学分析：

工况1：无基坑开挖影响时，大断面隧道初期支护内力；

工况2：先开挖基坑后开挖隧道时，不同近接距离大断面隧道初期支护内力；

工况3：先开挖隧道后开挖基坑时，不同近接距离大断面隧道初期支护内力。

3数值模拟分析

3．1模型及参数选取

在计算的过程中，主要利用有限元数值的方式来进行模拟计算，依照施工平面所出现的应变问题来进行深入的分析，该分析的模型的高度为50米，宽度达到100米，分析模型的总体单元数量达到了5246个，而基坑的围护岩石使用的是D-P作为建造材料。围护桩采用实体单元模拟，初期支护采用梁单元模拟。计算中采用荷载释放的方法模拟开挖。隧道共分六步开挖，基坑一步开挖。

工况1：隧道超前支护一分步开挖隧道导洞并同步施作初期支护；工况2：施工围护桩一开挖基坑一隧道超前支护-+分步开挖隧道导洞并同步施作初期支护；工况3：隧道超前支护一分步开挖隧道导洞并同步施作初期支护一施工围护桩一开挖基坑。

3．2计算结果

(1)不同工况下，不同近接距离大断面隧道初期支护内力通过不同工况、不同控制性剖面的数值模拟计算。

各工况下不同近接距离大断面隧道初期支护内力差异较为明显：

对于控制性断面，先开挖基坑或先开挖隧道对地铁区间结构引起的偏压影响差异较大。先开挖基坑时，初期支护最大弯矩增量为3．4％，最大轴力增量为一22。8％；先开挖隧道时，最大弯矩增量为22％，最大轴力增量为一26．6％。对于控制性断面2，先开挖基坑或先开挖隧道，引起结构偏压均较小，先开挖基坑时，最大弯矩增量为一11．5％，最大轴力增量为一15．7％；先开挖隧道时，最大弯矩增量为3．4％，最大轴力增量为一l4．9％。

总体来说，先开挖基坑引起隧道施工偏压较小，对于隧道施工有利，当基坑与隧道距离大于2D(D为隧道开挖跨度)时，基坑开挖对隧道施工影响较小。对于先开挖隧道且近接距离小于2D的工况，隧道施工时应予以重点研究。

(2)先开挖隧道工况下，隧道施工加固模拟通过前文分析，由于先开挖隧道后开挖基坑的工况下(工况3)，隧道初期支护结构偏压较大，需采取工程措施以确保隧道施工安全，这里选择洞内侧壁注浆加固方案，注浆加固厚度分别选取1．6m和3．0m进行分析计算。

侧壁注浆加固1．6m时，初期支护最大弯矩增量为一17．5％，最大轴力增量为99．2％，侧壁注浆加固3．Om时，初期支护最大弯矩增量为一23．8％，最大轴力增量为119％；对于控制性剖面2，侧壁注浆加固1．6m时，初期支护最大弯矩增量为一16．9％，最大轴力增量为1％。

由计算结果可以看出，在工况3下，控制性剖面I侧壁加固3．0m、控制性剖面2侧壁加固1．6m时，结构偏压有明显改善。

4结语

综上所述，近距基坑与地铁隧道工程项目施工交叉出现时，会对地铁隧道大断面的力学产生直接的影响，而依照计算的结果可以明显的看出，基坑施工的顺序不同会对是地铁隧道内部支护产生较大的影响，也就是基坑比地铁先开挖，那么其地铁隧道出现的偏压就较小，而地铁隧道工程开始施工之后，地面上方的建筑工程再进行开挖，其隧道内部出现的偏压就较大；隧道开挖的跨度越大，近接基坑对于隧道的影响越大；而地铁隧道偏压出现增长时，利用对土层注浆的方式能够起到较为良好的改良效果。

参考文献：

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