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基坑施工对近接地铁隧道安全影响的数值分析研究
作者：李万军
来源：《世界家苑·学术》2017年第09期
摘要：本文以武汉某工程项目的基坑施工为背景，借助大型有限元软件MIDAS/GTS，建立“土层基坑隧道”的三维模型，对基坑开挖全阶段模拟，分析地铁隧道结构整体位移最大值为1.388mm，处于安全状态。本文考虑到施工技术的影响，进一步提出应急预案措施，为类似工程提供参考。
关键词：近接；地铁隧道；安全影响；数值分析 1引言
随着城市化的加速发展，地下建筑物日益增多，新建项目势必对既有地下建筑物产生影响。近些年，有不少研究采用三维有限元方法对不同程度的近接施工进行了分析和研究，建立了同时考虑基坑支护结构、土体与既有结构变形耦合作用的模型，对结构保护措施的几种方法进行了数值分析。
本文在已有基坑工程三维有限元分析方法的基础上，通过对武汉某拟工程（近接）基坑的施工可行性作出评估，并进一步提出应急预案措施，为类似工程提供新的思路。 2 工程案例 2，1工程概况
本项目基坑大致呈比较规则的五边形，支护周长约326m，基坑开挖深度为9.2m。北临高新大道、轨道交通11号线，西北侧地下室边线到轨道11号线右线结构线最近水平距离仅8+04m；西侧临近光谷一路，南侧靠近拆迁区以及湖口社区，东侧紧靠光谷九小。场区下伏基岩为志留系泥岩，场区内无全新活动断裂及其它不良地质构造，区域地质构造稳定本项目周边环境情况如图1-1和图1-2。 2.2模拟分析过程
总体模型计算区域选取最差孔的地质情况，以基坑外水平向几何尺寸取基坑开挖深度的3-5倍以上，竖直向2-4倍以上为原则，因此计算模型几何尺寸x、Y、z分别为174m、190m、
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50m。计算模型侧向加水平约束，底部加竖向约束，顶面为自由面，不加约束。模型如图1-3和图1-4。
施工工序分别是：初始应力场计算——地铁隧道施工——施工基坑支护灌注桩——基坑整体开挖至冠梁底——施工冠梁、角撑、连梁、环形支撑——基坑整体开挖至坑底——底板浇筑、负一层楼板浇筑、换撑板浇筑——拆除支撑。
地铁11号线隧道隧道位移结果表明，基坑开挖应力释放，改变土层应力场，带动紧邻既有地下结构位移，地铁隧道在X、Y、Z方向位移，以及总位移均能满足地铁规范的要求，即地铁隧道结构处于安全状态；基坑开挖引起的各个方向最大位移值均出现在平行于该方向距离最小或者地铁结构薄弱处。 2.4结论
本次分析借助大型岩土工程有限元软件Midas/GTS建立整体三维计算模型，对基坑开挖引起的既有地铁结构变形特性进行了分析与评估，主要得到如下结论：
根据《相关城市轨道交通结构安全保护技术规范》，本项目的影响等级为特级。通过有限元软件对基坑开挖工序的模拟施工，由基坑开挖引起的地铁11号线光教区间隧道结构的总位移小于《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202-2013）中规定的值（20mm），满足规范要求，原地下室基坑开挖设计方案合理可行。
首先，本基坑所在的地铁11号线区间的位移满足地铁隧道结构安全要求，即地铁隧道结构处于安全状态。
受基坑开挖施工影响，北边紧邻的地铁11号线隧道结构产生位移，其整体位移最大值为1.388mm（朝向基坑内侧，出现在地铁11号线隧道隧道结构的南侧靠近基坑最短净距处）。地铁位移小于《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202-2013）中规定的值（20mm）。
其次，对原设计方案中的止降水方案的建议：
应加强地下结构防水设计：由于基坑与地铁隧道近距离相邻，基坑施工后沟槽应回填密实，建议采用低标号混凝土回填，防止结构缝渗漏水时带走细粒土，对隧道的长期运营安全不利。
最后，对基坑施工工法的分析与建议
根据《工程地质——岩土工程勘察报告书》提供的地质情况，本项目地质条件比较好，施工方可能会用到冲击钻或者爆破法施工。根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202-2013）对城市交通外部作业净距控制管理的规定，震冲净距不小于20m，浅孔爆
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破净距不小于15m，深孔爆破净距不小于50m，而本基坑距离11号地铁隧道结构线最近距离仅为8.04m，因此不建议施工方采用冲击钻或者爆破法进行施工，以免对地铁隧道产生不利影响。
3应急预案
对11号地铁隧道的检测按“分区、分级、分阶段”的原则建立监控测量控制标准，按“黄色、橙色、红色”三级预警进行反馈和控制。建立监控量测数据预警、报警、消警机制。 在基坑施工期间，引起地铁隧道较大变形危及行车时，应立即停止施工，及时与铁路运营部门联系，同时配合铁路养护维修单位，尽快减缓变形，调整线路设备达到通车条件后，方可进行基坑项目的施工。