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摘要：现阶段，我国的经济发展的十分的迅速，建筑工程的发展也有了很大的提高。商业化要求和城市空间限制，使得很多房屋建筑不得不紧邻甚至上覆于地铁结构，其建设活动不可避免地会对邻近地铁结构产生影响，而地铁结构过大的变形将引起其自身开裂、渗漏等现象，从而影响地铁正常运营，甚至危及运营安全。相对于一般的地下建筑结构，地铁隧道的纵向刚度和整体结构刚度都比较小，自身抵抗外部荷载的能力也较差，因此，对地铁结构变形和受力的控制要求比较严格。随着我国地铁运营里程的不断增加，对邻近地铁的建设活动引起的地铁结构变形和内力变化，以及相应的对地铁结构保护措施的研究越来越受到重视。本研究简要阐述基坑工程对邻近地铁结构变形、内力影响的机理和因素，回顾总结基坑工程对邻近地铁结构影响的研究方法和成果，在此基础上，提出进一步探讨研究的问题。
关键词：基坑工程施工；邻近地铁结构影响；研究现状；展望
引言
针对基坑工程会对邻近既有地铁结构产生一定的附加变形、内力等，从而可能影响地铁正常运营甚至危及运营安全，采用理论计算、数值模拟及实测分析等手段，从基坑围护结构体系、基坑平立面尺寸、地基加固型式、土方开挖方式及基坑与既有地铁隧道的相互位置关系等不同的角度，分析了基坑工程对邻近既有地铁结构的影响问题。在总结现有研究成果的基础上，进一步展望了未来发展方向，即研究土方卸载、基坑围护体及地铁结构刚度三者的耦合作用，选择恰当的计算与分析模型和参数等，并深入探讨基坑工程对邻近地铁结构的影响机理和因素，改进监测工作方法，提高监测仪器精度，同时应扩大监测范围及增加监测内容等。
1基坑工程施工对邻近地铁结构影响实例分析
基坑靠近地铁隧道侧采用800mm厚的地连墙作为基坑支护挡土及止水体系，地连墙外壁距离隧道结构外壁净距为8。4m，地连墙底约比隧道底深7m，近距离的地连墙成槽施工可能会对地铁隧道结构造成一定的影响。根据基坑支护设计图纸，地连墙成槽时的泥浆重度取γ=12kN/m3，泥浆对槽段侧壁压力按kγh的三角形面压力计算(侧压力系数k取1。0，h为泥浆的高度)，为了方便模拟计算，泥浆的液面高度取在地面。通过计算分析，泥浆侧向压力随着槽段深度成线性增大趋势，而周围土体由于越往深处土层越好，因此，静止土压力随深度增大不明显。即泥浆侧压力超过某一深度后将大于此深度处原始的静止土压力。当泥浆压力大于同一深度处的静止土压力时，槽段将向外扩大，隧道将向远离槽段方向移动。由计算可知，地连墙成槽对隧道造成背向槽段最大位移约1。56mm，未对隧道管片内力造成明显改变，因此认为地连墙成槽对地铁隧道结构所造成的影响甚微。
2基坑工程施工对邻近地铁结构影响研究的展望
2.1理论计算
1)残余应力法。残余应力概念、应用残余应力原理与应力路径方法建立的基坑隆起变形计算模型，并以此计算其下卧隧道上抬变形。在基底隆起残余应力法的基础上，进一步提出了考虑基坑开挖时空效应的隧道位移实用计算方法。考虑坑底加固，采用修正的土体卸荷模量，基于残余应力法分析了某基坑工程开挖引起的下卧隧道变形，计算结果与实测结果较吻合。基于残余应力方法，假定盾构隧道横断面上下方土体抗力的分布形式为不相等的三角形分布，提出了盾构隧道在上方卸荷作用条件下横向变形的简化计算方法。残余应力法计算公式简单，但该方法通常只用于分析下卧基坑的地铁隧道变形，同时认为地铁隧道变形和土层位移基本一致，而忽略了隧道结构刚度对变形的抵抗调节作用，再者不同工程土性差异变化较大，需通过大量试验确定相应土体回弹模量。
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2.2Peck经验曲线
对于隧道开挖引起的邻近隧道变形、内力影响问题，采用Peck经验曲线拟合土体自由位移，然后将土体自由位移施加于既有邻近隧道，并采用Winkler地基模型分析其纵轴位移和内力，即所谓两阶段位移分析方法。在某些情况下，Peck经验曲线不能准确描述隧道开挖引起的土体自由位移。因此，有必要采用修正的Peck经验曲线拟合土体自由位移。
2.3两阶段应力分析法
由于缺乏比较合理的基坑开挖引起的土体自由位移预测公式，对于基坑开挖引起的邻近既有地铁隧道位移和内力变化，多采用两阶段应力分析方法，计算基坑开挖等效荷载引起的既有邻近地铁隧道附加应力，然后将附加应力施加于既有邻近隧道，并采用Winkler地基模型分析其纵轴位移和内力。采用两阶段应力法，分析了基坑开挖卸载引起的邻近地铁隧道纵向位移和内力，并与实测结果进行对比分析，但计算中仅考虑了坑底应力释放对邻近地铁隧道的影响，未考虑坑壁应力释放的影响。研究基础上，分别考虑了坑底和四周坑壁应力释放、坑底和邻近地铁隧道三边坑壁应力释放对邻近地铁隧道变形和内力的影响。在计算基坑围护结构底部平面处土体残余应力的同时，考虑力在向下传递时围护结构侧壁的摩阻力影响。两阶段应力方法中，采用Winkler地基上弹性地基梁的解答，由于Winkler地基模型假定地基上任一点的位移仅与该点的压力有关，即仅由一系列独立的弹簧单元来体现土体性质(即基床系数)。因此，该地基模型无法考虑地基土的剪切刚度，运用在非软土的地层中存在一定误差，同时将地铁隧道视为等效均质弹性地基梁，假设其沿纵向发生弯曲变形，但是这种假设并不符合地铁隧道纵向变形模式为顶部、底部刚性张开和环间错台的实际情况。为克服两阶段分析方法的不足，建立了位于Kerr三参数地基上的盾构隧道受荷变形平衡微分方程，得到了上方卸荷作用下地铁隧道纵向变形解析解，并将Kerr三参数地基模型结果与Win-kler单参数地基模型、Pasternak双参数地基模型结果进行对比。结果表明:采用Kerr地基模型计算隧道纵向变形精度最好，Pasternak地基模型次之，Winkler地基模型最差，但Kerr三参数地基模型中相关地基参数合理选取较为困难，且至关重要。推导了自由边界半无限黏-弹性体的Mindlin时域解、隧道总竖向附加应力时域解及隧道上抬变形时域解，得到的隧道总竖向附加应力时域解不仅考虑了基坑地面和侧面上土体卸荷效应，还考虑了围护墙体、支承结构及工程降水等影响。采用的Pasterank地基模型考虑地基弹簧之间的相互作用。利用Mindlin基本解，计算基坑开挖卸荷引起的盾构隧道附加应力，然后将盾构隧道衬砌环视为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁，利用最小势能原理建立变分控制方程，求解可得到环间错台效应下基坑开挖引起邻近盾构隧道的位移和环间错台量。进一步拓展了两阶段应力分析方法，但还需得到更多的工程实践检验。
结语
(1)虽然地续墙成槽对地铁隧道影响甚微，但为避免地连墙成槽给地铁隧道带来附加影响，靠近地铁隧道侧地连墙应避免使用冲孔及爆破施工;并保证泥浆的浓度、护壁浆液的高度，避免塌槽。(2)基坑工程施工应遵循分区、分块、分层、对称、限时原则，必要时在基坑靠近地铁侧采取留(堆)土反压控制方案，以提高基坑内侧土体对围护结构的侧向约束作用。基坑土方开挖也可从远离隧道侧向靠近隧道侧逐步开挖，尽量缩短靠近地铁侧地连墙墙无支挡的时间。当土方开挖到各道内支撑设计标高后应及时施工内支撑，切不可超挖。(3)基坑开挖到底后因及时浇筑地下室底板，避免基坑底长时间暴露。必要时底板混凝土浇筑可掺入适量的速凝剂。(4)深基坑开挖过程中建议加强对邻近地铁结构的变形监测工作，以及时监控地铁结构的安全性，必要时可根据监控信息调整基坑支护结构的施工方案和施工步骤，做到信息化施工。
参考文献
［1］王如路，刘建航．上海地铁监护实践［J］．地下工程与隧道，2014(1):27－32．
［2］陈长青．深基坑施工对近邻建(构)筑物影响机理及监测分析［D］．长沙:长沙理工大学，2012．
论文作者:周科琪
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年2月上第3期
论文发表时间:2018/10/24
标签：基坑论文; 隧道论文; 地铁论文; 应力论文; 地基论文; 结构论文; 位移论文; 《中国住宅设施》2018年2月上第3期论文;