张杨 罗海妮 蒋哲 辛丹
中国建筑第四工程局有限公司 广东广州 510006
摘要：本文以实际工程为背景，针对灰岩溶洞区域中基坑开挖对地铁隧道的影响进行讨论，并通过三维有限元分析计算软件GTS-NX对实际工程进行模拟分析，得到一些初步结论。
关键词：地铁隧道；基坑；有限元；
0引言
随着我国经济的深化改革，建筑土木行业的发展越来越趋向于规范化、系统化，无论是管理、设计、施工、监理、验收等各方单位以及各个步骤都都从以往的“靠经验”逐渐向“按规范”进步。但由于岩土工程中地层的复杂性与多样性是客观存在的，在修建建构筑物时必然会碰到种种特殊地层，尤其在与岩土工程相关的项目（如地铁、基坑等）中，特殊地层一直是工程重、难点。
1工程概况
1.1工程介绍
项目设3层地下室，拟采用灌注桩基础。基坑支护周长约240m，长度约84m，宽度约37m，开挖深度约17m，基坑支护设计采用800mm地连墙+三道内支撑方案作为支护体系。地连墙要求穿过砂层底进入强风化岩层不小于1.5m、中风化岩层不小于1m。基坑边线距离隧道净距离约14m。基坑平面布置图如图1所示。
图1、基坑平面布置示意图
1.2工程地质及水文地质情况
场地位于地形地貌属残丘～冲积平原地带，场地岩土层自上而下划分为：人工填土、粉土、细砂、粘性土、中风化石灰岩，隧道底以下为微风化石灰岩，地层结构较为复杂。本场地地层的岩土工程特性和岩土设计参数建议值见表1。
2三维有限元数值模拟分析
根据项目基坑支护设计的平、剖面图及其与邻近地铁隧道区间的空间关系，选取的模型边界为基坑支护结构、隧道外衬边线外5倍基坑深度范围作为边界来确定分析，最终确定分析模型的大小（长×宽×高）为230m×105 m×90m。考虑岩土体为半无限体，模型以外不再考虑变形，即设定为固定边界。因此对模型底部约束Z方向位移，模型前后面约束Y方向位移，左右面约束X方向位移。模型顶面考虑20kN/m2地面活动荷载。模型建立的整体三维有限元模型典型剖面。
根据基坑支护设计图、地铁隧道结构图纸，结合基坑施工的工况，建立三维整体有限元模型，进行地应力场分析及位移场清零，然后对基坑施工工况进行模拟计算，基坑施工对地铁隧道结构的影响主要发生在基坑土方开挖过程中，因此，基坑施工对隧道结构产生较明显影响的工况主要有以下几个：
工况一：施工地连墙和立柱桩；
工况二：土方开挖至压顶梁底以下500mm，施工压顶梁及第一道内支撑；
工况三：土方开挖至第一道腰梁底以下500mm，施工第一道腰梁及第二道内支撑；
工况四：土方开挖至第二道腰梁底以下500mm，施工第二道腰梁及第三道内支撑；
工况五：土方开挖至基坑底；
工况六：施工工程桩（按最不利情况分析，但建议工程桩从地面施工）；
工况七：浇筑地下室底板；
工况八：拆除第三道内支撑，施工地下室负三层楼板；
工况九：拆除第二道内支撑，施工地下室负二层楼板；
工况十：施工地下室负一层楼板，拆除第一道内支撑。
经过迈达斯软件计算分析，得到了邻近隧道随着基坑开挖施工各工况时的位移变化，隧道位移有限元计算结果汇总表详见表2。
从以上计算得到的图表结果分析可知：有限元分析结果中基坑开挖到底施工工程桩时隧道最大水平位移为3.13mm，最大竖直位移为1.72mm，最大总位移为3.57mm。由现场监测数据得隧道结构的最大水平位移为2.57mm，最大沉降位移为1.61mm，与计算结果较为接近，有限元计算结果偏于安全。
3 结语
通过上述基坑开挖对地铁隧道影响的三维有限元模拟分析，并将其与实际监测数据进行对比，可得到如下结论：
1、基坑开挖虽然对地铁隧道有影响，但是影响较小，在基坑开挖期间地铁隧道可正常运营；
2、基坑工程施工应遵循分区、分块、分层、对称、限时原则，必要时可在地铁结构变形较大区域范围适当反压，抑制支护结构位移；
3、鉴于基坑施工过程及场地的复杂性，地铁隧道结构变形与支护结构侧移息息相关，为确保隧道结构及基坑的变形在控制范围内，建议加强靠地铁隧道侧的基坑的水平及测斜的监测工作；
4、基坑支护设计方最好制定一个切实可行的应急方案，一旦地铁结构变形超过预警值，则可采用应急方案以保证地铁结构的安全性及正常运营。
参考文献：
[1]赵笑男. 深基坑开挖对邻近既有地铁隧道影响规律研究[D].西安建筑科技大学，2015.
[2]侯贺营. 邻近基坑开挖对地铁盾构隧道的影响研究[D].河南工业大学，2016.
[3]黄兆纬，黄信，胡雪瀛，齐麟. 基坑开挖对既有地铁隧道变位影响及技术措施分析[J]. 岩土工程学报，2014，S2：381-385.
论文作者:张杨,罗海妮,蒋哲,辛丹
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第8期
论文发表时间:2019/5/6
标签：基坑论文; 隧道论文; 工况论文; 位移论文; 地铁论文; 结构论文; 模型论文; 《建筑模拟》2019年第8期论文;