摘要：以某地区地铁1号线某深大基坑工程为依托，研究了地铁隧道与基坑不同距离条件下隔离桩控制隧道变形的效果。结果表明，在相同的隔离桩设置条件下，隔离桩对地铁隧道变形的控制效率会随着隧道与基坑距离的变化而变化，当隧道与基坑距离在22～28m之间时，设置隔离桩控制地铁隧道的变形最有效果。
关键词：基坑开挖；隔离桩；盾构隧道变形控制；数值分析
前言：由于地铁在城市交通中的特殊地位，其运营安全一直受到重视，但地铁运营过程中一直伴随着周边地下空间的开发与利用。基坑工程的施工会改变土体的原有应力应变场，引起土体位移变形[1]，而作为柔性结构的地铁盾构隧道会随土体的变形而产生附加内力和变形，影响盾构隧道功能及结构性安全。
1工程概况
本次研究的隧道近接基坑工程规模较大，周长约405m，开挖深度为9.85m。根据基坑自身特点、实际施工条件、施工顺序特点及以往类似工程的实践经验，进行了多方案比选，拟采用钻孔灌注桩加2道钢筋混凝土水平内支撑的支护形式，竖向支护体系采用下挂式支护形式（图1）。
第1道支撑面标高为－3.00m，第2道支撑面标高为－7.60m，底板面标高为－9.40m。支护桩采用φ900～φ1000mm的钻孔灌注桩。立柱主要采用φ800mm钻孔桩。基坑内支撑采用圆形支撑，从而增加施工的方便性，连通场地周边环境，基坑东邻隧道、西接某地区地铁1号线盾构区间。
本工程施工时，由于西侧的某地区地铁1号线区间段已运营，因此在基坑开挖过程中需特别注意对地铁隧道的保护。在距离基坑工程用地红线45.0m处的下方埋设有某地区地铁1号线，某地区地铁在区间段上的顶部埋深约11.00m。地铁隧道在该区间段上为双线隧道，采用盾构法施工。盾
构隧道外径6.2m，内径5.5m，衬砌环宽1.2m，厚35cm，双线隧道间净间距5.0～7.0m。
2有限元模型及参数的确定
本文采用PLAXIS岩土系列有限元分析软件进行施工全过程数值模拟。计算采用小应变土体硬化模型（HardeningSoilSmall），充分考虑土体刚度随应力状态的变化，包括小应变情况下剪切模量的衰减行为，较适用于分析敏感环境下基坑开挖对周围环境的影响。
2.1工程原型
本次研究依托的基坑工程，其规模较大，呈一定的不规则形状，长约109m，宽约108m，且在靠近隧道侧做成了与隧道走向成一定小角度的不规则形状。基坑西北侧的某地区地铁1号线在该区间段上的埋深L=13.25m，双线隧道中心距S=16.8m，隧道边缘与基坑围护结构的距离线隧道中心距S=16.8m，隧道边缘与基坑围护结构的距离D0=45.72m，基坑开挖深度H=9.850m（图2）。
2.2模型参数
地勘报告等相关资料提供的土体物理力学性能参数为土体模型参数的选取提供了依据。通过对各层土体的物理力学性能参数进行比较与分析，将相邻且物理力学性能参数相似的土层进行合并划分为6层。模型中涉及的土层及其相关的一些参数如表1所示。
3针对某地区地区隔离桩的参数化分析
在隔离桩、隧道以及基坑三者的相对位置关系中，影响隔离桩控制效果的主要参数有隧道边缘与基坑围护结构距离D，隧道底部埋深H、隔离桩桩长L、隔离桩与基坑距离d'等。本节主要分析在保证隔离桩与基坑之间的距离不变的情况下，隧道与基坑的距离D、隧道埋深H及隔离桩桩长L对控制效率的影响。其中，隧道与基坑距离D的取值范围为10～40m；隧道底部埋深考虑3种情况，分别为15.00m、19.63m（本工程隧道底部埋深）、25.00m；隔离桩桩长L以ΔL=2m为步距，取6～38m。
隧道与基坑距离为10m时，将隔离桩设置在了距基坑5m处，从隔离桩控制效率与桩长及隧道埋深的关系中可以看到，隔离桩桩长对隔离桩控制效率的影响非常大，在隧道埋深一定的情况下，隔离桩控制效率呈现随桩长的增加，先增大后减小，而后再增大的一个变化过程；桩长较短时的控制效率明显高于桩长较长时的。
在该工况下，当隔离桩桩长L≤22m时的控制效率相对较好，随着桩长的增加，隔离桩控制效率急剧下降，出现对控制隧道变形不利的效果。同时隔离桩对隧道变形的控制效率随隧道埋深的增大而减小，其对埋深15.00m的隧道的控制效率最好，其次是埋深19.63m的，最差为埋深25.00m的。在隧道与基坑距离10m的工况下，隔离桩对3种埋深隧道的最大控制效率分别为38.9%、29.7%和21.4%，均能起到有效减小因基坑开挖引起的地铁隧道附加变形的作用。隧道与基坑距离为20m时，将隔离桩分别设置在距基坑5m和10m处（图3、图4）。
各曲线的变化规律大致相同，同样与前文中曲线的规律也相似，隔离桩桩长较短时的效果相对较好。d'=5m时，不同隧道埋深条件下的隔离桩的最大控制效率值分别为22.2%、13.0%和11.8%，对比前文中相同隔离桩布置条件下的最大控制效率，发现隔离桩对埋深为19.63m的隧道的控制效率下降幅度最大，为16.7%，其次是埋深为15.00m的隧道，埋深为25.00m的隧道控制效率相差9.6%。隧道与基坑距离为30m时，将隔离桩分别设置在了距
基坑5、10、15m处，直接分析不同隧道埋深和隔离桩桩长组合下隔离桩的最大控制效率柱状图。对于不同的d'，均表现为随着隧道埋深H的增大，隔离桩控制效率逐渐减小。在隧道埋深一定时，随着隔离桩与基坑距离d'的增大，隔离桩控制效率最大值逐渐增大。通过对比还发现，本节中d'=5m的控制效率非常低，尤其是当隧道埋深H=20m和H=25m时，仅为2.5%，对控制隧道变形几乎没有作用。
结束语
基于某地区地铁隧道某附属基坑工程及隔离桩工程，通过参数化分析的方法，对隔离桩设置在相对靠近基坑时的情况进行了数值模拟分析，获得以下结论：
1）当隔离桩设置在相对靠近基坑位置处时，隔离桩的桩长L及隔离桩与基坑距离D为隔离桩对控制隧道变形的主要影响因素。
2）当隧道与基坑距离D≤30m时，隔离桩对浅埋隧道的控制效果好于深埋隧道。
3）相同条件下，适当增大隔离桩与基坑距离d'，有利于提高隔离桩对隧道变形的最大控制效率，但当隔离桩与基坑距离d'过大时，反而会降低隔离桩的最大控制效率。
4）隔离桩桩长L不宜过长，桩长超过一定范围反而会对隧道变形产生不利影响。
参考文献：
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论文作者:乔少强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
标签：基坑论文; 隧道论文; 效率论文; 距离论文; 地铁论文; 工程论文; 盾构论文; 《基层建设》2019年第6期论文;