地铁隧道侧方基坑支护设计控制

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[摘要]地铁隧道侧方基坑开挖，必须严格控制基坑开挖对地铁线路的影响，确保既有地铁线路的正常运营。以深圳地铁9号线区间隧道结构侧方新建某基坑工程为背景，对邻近地铁隧道的基坑支护设计、施工方案及地铁隧道变形数值模拟结果进行分析总结。主要得出以下结论：（1）选择合理的基坑支护设计和施工方案对控制相邻地铁隧道结构的变形至关重要；（2）紧邻地铁隧道的基坑采用桩+环形撑的支护形式，在提高支护刚度的同时便于基坑开挖，阴角部位采用角撑支护，降低对地铁的影响；（3）通过变形数值模拟分析，地铁隧道变形满足规范要求，同时能确保基坑的安全。

[关键词]地铁隧道；基坑；支护设计；变形

引言

地铁隧道侧方基坑开挖对地铁运营存在一定风险，必须严格控制基坑开挖对地铁线路的影响，确保既有地铁线路的正常运营。地铁周边工程项目建造风险大，一旦发生事故将造成严重的经济损失及社会影响，因此对地铁隧道侧方基坑开挖过程进行风险分析非常必要。况龙川等[1~2]分析了深基坑施工对地铁隧道的影响，结果显示地铁隧道侧方开挖基坑将会引起隧道向基坑方向产生较明显侧移并使隧道断面呈椭圆形的变形；蒋洪胜等[3]基于邻近基坑的地铁隧道变形监测结果，从隧道的垂直沉降、水平移动以及隧道的横向变形角度分析了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响；程斌等[4]以上海地铁2号线基坑工程为背景，分析了基坑与邻近隧道的相互影响，提出地基基础加固和结构加固可有效控制隧道的变形；王卫东等[5~6]通过计算分析不同施工方案对地铁隧道的影响，提出控制隧道变形的相关对策。以上论文大多从理论和实测的角度出发分析基坑施工对隧道变形的影响，而较少有基于地铁变形控制方面的基坑支护设计研究。本文以深圳地铁九号线区间隧道结构侧方新建某基坑工程为背景，从基坑的支护设计、施工方案和地铁隧道变形数值模拟结果等方面进行总结分析。

1工程概况

项目基坑位于深圳市罗湖区笋岗街道城建梅园片区，场地原为仓储物流区，现已拆除完毕。周边主要为居民区、办公商业区。本项目基坑西北侧为深城公寓，距离深城公寓建筑约12m；北侧为正在建设的地铁14号线，最近距离约38.0m；西侧为红岭北路，距离红岭北路约20m，距红岭北路下地铁9号线最近距离为30m；西南侧为广田集团大厦，距离广田集团大厦红线约12m；南侧为学校用地，目前为空地；东侧为宝安北路。基坑侧壁土层存在填土层、砂土层及有机质土层，每层的平均厚度约2m~4m，基坑挖深20.50m~23.0m。

2工程地质条件及周边环境

2.1地质概况

项目场地原始地貌属于冲洪积平原地貌，场地较平整。勘察期间，实测场地44个孔的孔口高程14.10m～16.16m，最大高差为2.06m。根据钻探揭露，场地内地层自上而下依次为：人工填土层（Qml）、第四系冲洪积层（Q4al+pl）、第四系残积层（Qel），下伏基岩为南华系笔架山群变质石英砂岩（NhB）。

2.2周边环境

深圳地铁9号线泥岗站～红岭北站区间隧道从本工程西侧地下穿过，基坑支护桩距离地铁隧道约26.5m，隧道埋深约21m，该区段地铁隧道采用盾构法施工，基坑开挖边线与地铁隧道的位置关系如图1、图2所示。

3设计方案

对于基坑，其支护体系变形控制是十分严格的。根据《深圳市基坑支护技术规范》的要求，基坑支护整体稳定安全系数不小于1.35，抗隆起稳定性不小于2.2。对于已运营的地铁隧道，其变形控制要求也是十分严格的。根据深圳地铁集团印发的《城市轨道交通安全保护区内工程建设管理工作办事指南》中的《城市轨道交通安全保护第三方监测控制指标》有关规定：“城市轨道交通隧道结构设施绝对沉降量及水平位移量≤10mm(包括各种加载和卸载的最终位移量)”，如此严格的变形限值，要求设计阶段必须确定合理的基坑支护和开挖方案；施工阶段必须选用合理的施工参数，并精心进行施工组织。

3.1基坑支护设计

基坑支护充分考虑基坑特点、地质条件、周围环境及工程要求等因素，基坑整体采用桩+环形撑支护，支护桩采用钻（冲）孔灌注桩，桩直径1.4m，间距1.8m，支护桩间采用1.0m素桩咬合。内支撑采用钢筋混凝土结构，第1道辐射撑截面尺寸800mm×1000mm，第1道环撑截面尺寸2000mm×1000mm，第2道辐射撑截面尺寸800mm×1000mm，第2道环撑截面尺寸2000mm×1000mm，第3道辐射撑截面尺寸1000mm×1000mm，第3道环撑截面尺寸2000mm×1500mm，第1道支撑顶整体浇筑300mm厚钢筋混凝土板。01-03地块、01-05地块北侧及南侧均有放坡空间，采用放坡+桩锚支护，阴角部位采用角撑进行支护。

3.2基坑施工控制

基坑分层开挖、分层支护、加强监测、信息化施工。基坑对地下水采用咬合桩全封闭止水，形成止水帷幕。地表水治理是在坑坡顶修砌截流沟，阻断地表径流，基坑坡脚修砌排水沟，汇集坑底积水至集水池，用水泵抽出基坑，通过三级沉淀池排至市政雨水管；放坡坡面设置泄水管，将坡体内的水引至坡外，保证基坑放坡的稳定。在基坑开挖时，在坑内开挖排水沟和集水井将坑内地下水疏干。坑外设置地下水观测孔及回灌井措施，维持坑外地下水位在合理的高程范围。

4变形分析

4.1基坑支护变形分析

基坑变形、支护结构的刚度等关系着基坑支护结构及周边地铁、建筑物等的安全。为校核基坑设计方案满足相关规范、规程情况，验证其安全性，根据上述理论计算方法，采用国内常用的基坑计算软件—理正深基坑7.05对地铁侧支护区段进行复核。根据计算结果，临近地铁侧的支护整体稳定安全系数Ks=1.971≥1.35，整体稳定性满足规范要求。抗隆起稳定性Ks=13.998≥2.20，抗隆起稳定性满足规范要求。水平变形计算最大值为28.12mm，满足《深圳市基坑支护技术规范》（SJG05—2011）一级基坑控制要求。

4.2地铁隧道变形分析

利用MidasGTSNX有限元分析软件建立三维有限元模型，如图3所示。根据基坑与邻近地铁区间隧道的平面及立面关系以及基坑工程支护结构设计及施工特点，分析基坑开挖过程中支护结构和轨道结构的变形情况。通过数值计算得到隧道结构变形情况与施工工况有关，随着基坑逐步开挖卸载，地铁隧道结构变形逐渐增大。地铁隧道结构变形最大值出现在基坑开挖到底工况，最大变形值2.84mm，最大变形位置出现在距离基坑最近处的隧道侧壁处。结果表明，当完成基坑土体开挖完成后，隧道结构发生的变形最大，隧道结构的最大水平变形为2.84mm；隧道结构的最大竖向变形为1.02mm，均小于10mm。基坑工程开挖引起的地铁隧道结构水平变形和竖向变形都满足规定要求，基坑开挖过程中地铁隧道结构是安全稳定的。

5结论及建议

（1）选择合理的基坑支护设计和施工方案对控制相邻地铁隧道结构的变形至关重要。（2）紧邻地铁隧道侧基坑采用桩+环形撑的支护形式，在提高支护刚度的同时便于基坑开挖，阴角部位采用角撑支护，降低对地铁的影响。（3）通过变形数值模拟分析，地铁隧道变形满足规范要求，同时能确保基坑的安全。（4）建议对施工过程的安全性、可靠性和准确性进行严密监控；施工过程中应避免剧烈振动，严格控制施工机械、爆破等的影响，避免大范围大幅度的地下水位下降现象出现；严禁施工过程中在地铁隧道上方进行大面积、大荷载、长时间的堆载和大型工程车等设备运行。

参考文献

[1]况龙川.深基坑施工对地铁隧道的影响[J].岩土工程学报,2000,22（3）:284-288.

[2]况龙川，李智敏，殷宗泽.地下工程施工影响地铁隧道的实测分析[J].清华大学学报（自然科学版），2000，40（S1）:79-82.

[3]蒋洪胜，侯学渊.基坑开挖及临近软土地铁隧道的影响[J].工业建筑，2002（5）:53-56.

[4]程斌，刘国彬，侯学渊.基坑工程施工对邻近建筑物及隧道的相互影响[C]//第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷，2002.

[5]王卫东，吴江斌，翁其平.基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟[J].岩土力学，2004，25（S2）：251-255.

[6]王卫东，沈健，翁其平.基坑工程对邻近地铁隧道影响的分析与对策[J].岩土工程学报，2006，28（S1）：1340-1345.

作者：杜明礼 颜荣华 单位：江苏中汇岩土工程有限公司