許勝寒 呂凱 楊振宇

1.無錫市軌道建設設計咨詢有限公司 江蘇 無錫 214000

2.無錫地鐵集團有限公司 江蘇 無錫 214000

近年來，隨著城市的發(fā)展和地鐵運營里程的不斷增加，建設項目緊鄰地鐵結構的情況日益增多。基坑施工引起的地應力場的變化及土層位移，將會對鄰近地鐵結構產(chǎn)生不利影響，給地鐵的安全運營帶來安全隱患。胡恒等[1]采用FLAC軟件模擬了地鐵結構在埋深大于或小于鄰近開挖深度兩種情況下的位移及應力變化情況；郭曉歡[2]利用ANSYS建立了北京某緊鄰既有地鐵換乘車站的深大基坑模型，分析了基坑開挖對車站主體及軌道的變形影響；李俊[3]提出了針對旁側基坑施工影響分析的兩階段計算方法；陳賀欣[4]通過數(shù)值模擬分析了基坑不同開挖方式對既有地鐵隧道結構的影響，并將計算結果與現(xiàn)場監(jiān)測的實測值進行了對比；張向軍等[5]以杭州某基坑項目為研究背景，采用有限元法分析了基坑開挖對臨近地鐵結構的影響因素。

上述研究主要是關于單個基坑開挖對地鐵結構的影響分析，而對于雙基坑施工對鄰近地鐵車站及隧道的影響卻鮮有研究。本文以無錫市某緊鄰地鐵結構的雙基坑工程為背景，采用Midas GTS有限元軟件，根據(jù)地質條件及施工工況對基坑施工的全過程進行了數(shù)值模擬，計算分析了在各工況下地鐵結構的變形。

1 工程概況

1.1 基坑工程概況

某工程位于江蘇省無錫市，分為A地塊和B地塊，項目緊鄰已投入運營的無錫地鐵4號線吳都路站及區(qū)間隧道。該項目圍護結構與鄰近的地鐵結構平面關系如圖1所示。

圖1 項目圍護結構與4號線平面關系圖

A地塊基坑開挖深度9.85～10.70m，采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐（一道砼支撐+一道鋼支撐）的支護體系，隧道一側的鉆孔樁采用Φ1000@1200mm，A地塊的其余鉆孔樁為Φ800@1000mm，止水帷幕采用Φ850@600mm三軸攪拌樁。A地塊圍護結構與吳都路站9號出入口的剖面關系如圖2所示。

圖2 A地塊基坑與9號出入口剖面關系圖

B地塊基坑開挖深度14.80～16.00m，采用800mm地連墻+三道砼支撐的支護體系，地連墻墻深為27m。鄰近區(qū)間隧道一側開挖深度為14.80m，預留寬度10m、坡比1:1.5的土坡。B地塊圍護結構與地鐵4號線區(qū)間隧道結構的剖面關系如圖3所示。

圖3 B地塊基坑與地鐵區(qū)間隧道剖面關系圖

1.2 地質概況

擬建場地范圍內(nèi)地層主要由人工填土、黏性土、粉土及粉砂等組成。本工程相關范圍內(nèi)的土層包括①雜填土、③1粉質黏土、③2粉質黏土、③3粉質黏土夾粉土、④1粉土、⑤1粉質黏土、⑥1粉質黏土、⑥2粉質黏土和⑦1粉質黏土。各土層的物理力學參數(shù)如表1所示。

表1 土層參數(shù)表

2 地鐵結構變形控制標準

依據(jù)《城市軌道交通結構安全保護技術規(guī)范》（CJJ/T 202-2013）及無錫地方對地鐵保護技術標準的有關文件，考慮到項目鄰近的地鐵4號線已處在運營階段，并結合相關工程經(jīng)驗，提出對地鐵結構安全的控制指標如下：

（1）施工引起區(qū)間隧道豎向位移≤8mm、水平位移≤10mm；

（2）施工引起的地鐵車站結構豎向及水平位移≤10mm。

3 雙基坑施工對地鐵結構的影響分析

3.1 有限元模型

為全面、系統(tǒng)地反映該項目B基坑和A基坑施工對鄰近地鐵4號線吳都路站及區(qū)間隧道的影響，建立基于Midas GTS的三維模型進行數(shù)值計算。

計算模型的尺寸大小根據(jù)項目場地及周邊環(huán)境條件共同決定?？紤]消除邊界效應的影響，建立模型尺寸為X方向寬192m，Y方向235m，Z方向65m，如圖4所示。計算采用了板單元、桁架單元和植入式梁單元。

圖4 有限元模型

3.2 分析主要步驟

根據(jù)項目雙基坑圍護結構設計方案和施工工序，模型中計算的主要步驟如表2所示。

表2 計算工況表

3.3 計算結果分析

A基坑開挖到底時的地鐵結構豎向位移計算結果如圖5所示。開挖期間由于周邊的土方卸載導致鄰近的9號出入口、車站主體及區(qū)間隧道均有不同程度的上浮。9號出入口累計最大上浮量為8.31mm，車站主體累計最大上浮量為2.73mm，區(qū)間隧道累計最大上浮量為4.9mm。

圖5 地鐵結構豎向位移云圖（STEP4）

A基坑開挖到底時的地鐵結構水平位移計算結果如圖6所示。由于基坑內(nèi)側土方開挖，基坑內(nèi)外側不平衡的土壓導致地鐵結構發(fā)生向基坑內(nèi)的位移。 A基坑開挖期間區(qū)間隧道累計最大水平位移為4.38mm，車站主體最大水平位移為1.47mm，9號出入口累計最大水平位移為2.43mm。

圖6 地鐵結構水平位移云圖（STEP4）

B基坑開挖到底時的地鐵結構豎向位移計算結果如圖7所示。B基坑距離車站主體和9號出入口較遠，開挖期間對車站結構影響較小。B基坑開挖深度較深，但地層條件良好，區(qū)間隧道因累計最大上浮量為4.91mm。

圖7 地鐵結構豎向位移云圖（STEP7）

B基坑開挖到底時的地鐵結構水平位移計算結果如圖8所示。由于基坑內(nèi)側土方開挖，外側的土壓導致B地塊外的區(qū)間隧道累計最大水平位移為5.94mm，9號出入口最大水平位移為2.01mm。

4 結論

通過建立三維有限元模型計算了雙基坑施工對鄰近地鐵結構的影響，綜合分析結果，可以得出以下主要結論：

（1）9號出入口與A基坑距離較近，A基坑開挖期間9號出入口受周邊土體卸載影響較為明顯，在A基坑開挖到底后9號出入口累計上浮量達到8.31mm，最大水平位移為2.43mm，但后期受B基坑施工影響較小。

（2）吳都路站主體結構自身剛度較大，受基坑開挖擾動較小，施工期累計最大豎向位移為2.73mm，最大水平位移為1.51mm。

（3）區(qū)間隧道自身剛度較小，受基坑開挖卸載影響明顯，區(qū)間隧道累計最大上浮量為4.91mm，在基坑開挖及回筑期間坑外地層向基坑方向變形，帶動區(qū)間隧道向基坑方向最大水平位移為6.43mm。

（4）車站及隧道結構水平豎向變形可滿足地鐵結構變形控制指標，該項目施工對既有地鐵結構影響總體可控，通過加強現(xiàn)場的施工質量管理，結合地鐵結構專項監(jiān)測指導現(xiàn)場施工，可有效保障既有地鐵結構及運營安全。