摘要：随着我国经济水平的不断提高，城市地下空间开发和轨道交通建设蓬勃发展，使得越来越多的深基坑工程邻近既有车站结构施工，但深基坑开挖过程势必对其周围土体的应力场和位移场产生扰动，使得既有车站结构产生附加应力和变形，若超过结构内力和变形允许值，将会影响地铁的正常安全运营，甚至会造成严重的安全事故。
关键词：地下结构施工；地铁隧道；既有车站；影响分析
1 地下结构施工研究现状
隧道施工必然导致上覆土层的沉降，同时对邻近建（构）筑物产生影响。目前隧道施工对周围环境影响的研究主要集中在隧道掘进对周围土层、新建隧道与既有构筑物的相互影响等问题。张晓丽分析了新旧地铁隧道下穿净距对隧道施工安全及既有隧道运营的影响，提出新建地铁隧道与既有隧道合理间距的确定方法，应用能量理论制定了新建隧道施工过程中的既有构筑物分步沉降控制指标体系。张明远以超近距离下穿隧道工程作为研究对象，应用荷载-结构-基床系数折减法计算模型，研究了隧道下穿影响范围、程度和隧道埋深等影响条件下既有地铁隧道结构的力学行为，通过改变隧道下方基床系数的取值大小以及基床系数的分布范围，实时预测施工掘进对既有地铁线路的影响。马振超以北京地区的下穿工程实例为研究背景，针对穿越类型及邻近度两个方面展开研究，既有线路结构在1～1.5倍洞径范围内产生显著沉降，新建隧道跨度对既有线路结构的影响比较明显，而下穿净距仅对既有线区间结构的影响范围影响较大，对沉降最大值影响较小。由于岩土工程领域的介质具有高度非线性特点，很多情况下理论分析难以直接用于解决实际问题，而数值模拟方法具有不可替代的作用。Mohammad Affpour等利用有限元模拟了双线隧道下穿地下通道建筑，并讨论了不同注浆压力、掌子面压力对于结构的影响，其研究表明隧道穿越对于地下连续墙结构压应力的影响大于对弯矩的影响；A.Lambrugh结合马德里地铁监测，建立三维有限元模型分析了不同注浆压力下地铁施工对土体的扰动，利用修正剑桥模型模拟土体本构模型，并与线弹性和摩尔库伦模型模拟的结果和实测对比，认为修正剑桥模型更适合土体开挖问题的模拟。
2 研究对象简介
以某工程为研究对象，该研究对象呈长方体，其中包含贸易商场、停车场以及消防工程等，项目的总建筑面积约为25万平方米，地下部分分为上下两个部分，主体部分的尺寸为340mx650m。整个建筑体的结构以钢筋混凝土框架为主，整个工程中未设置变形缝，局部设置有剪力墙结构，基础以筏板为主。
3 数值模拟分析结果的探究
3.1基坑周边的最大沉降量分析
通过数值模拟分析结果可以得知，随着基坑的开挖，基坑周边的土体会沿着基坑的方向缓慢移动，但是这种运动位移并非是无限延伸的，由于围护桩的架设，土体受到一定阻碍作用，其会呈现出竖直方向位移量先缓慢增加，然后逐渐趋减至零的趋势，而且最终会呈现出凹凸不平的波浪状形势，直至基坑开挖接近尾声其才展现出微乎其微的沉降值，其测量沉降值远远小于两个数量级。
3.2基坑维护结构的水平位移量分析
从整个模拟施工过程来看，基坑围护结构的水平位移量会随着开挖的进行而持续增加，经过实际测量可以得知，其整体位移范围量在0.035～0.048m范围之内，因此查阅相关的施工规范和行业标准可以得知，基坑围护结构的施工制作是符合规范要求的，因此可以在实际的工程中进行实施。
3.3地下隧道衬砌位移情况分析研究
从整个数值模拟分析过程来看，地下隧道衬砌竖向位移的最大位移量出现在工程的施工最后阶段，通过计算可知其数值大概为0.0113m，此时基坑的开挖深度达到了工程要求的最大值15m，由此可以判断出，此时是整个施工过程对周围土体影响最为严重和明显的阶段，当然从计算结果上看，周围土体的卸载量也达到了相应的峰值，因此周围土体也呈现出堆积最大值。其次，由隧道衬砌横向位移分析可知，地下隧道的衬砌水平位移值出现在隧道衬砌拱腰的两端，并且水平的变化趋势均朝隧道内侧，隧道两侧水平位移相似。伴随着施工进度的向前推进，水平位移也会逐渐呈现变大的趋势。
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3.4隧道衬砌应力分析
就隧道衬砌轴向应力情况分析，从整个施工过程来看，除工程施工前期拱顶之外，其他的部位环节的轴向力均呈现出不同程度的变大，在进行开挖的过程中所有的部位径向力呈现出不同程度的缩减趋势，待到整体工程施工之后，各个部位的轴向力又出现不同程度的增加，但是趋势明显要缩减趋势，最后也是逐渐的趋于稳定状态。但拱腰和下腰等部位的最终轴向力要明显的大于初始阶段，只有拱肩和拱底的轴力呈现出逐渐减小的趋势。
最后分析衬砌的环向应力，同样是除了拱肩之外，其他均呈现出不同程度的增大，在之后的施工过程中不同部位的环向应力逐渐缩减，待到整个工程施工之后也会出现小幅度的回升，但最终也都趋于稳定。
4 控制及保护措施
考虑到施工过程中的风险因素，为确保既有地铁设施的受力和变形得以控制以及地铁的安全运行，建议控制措施如下。
4.1设计方面
（1）盾构推进对既有车站变形影响较小，但对既有站底板下方的土体产生扰动较大，因此，在施工期间对既有车站下方的土体进行改良，采用冻结法进行加固处理。加固范围：加固壳厚3m（盾构外径起算），纵向加固长度即沿线路方向下穿既有车站的全部范围，并外扩5m进行加固。同时，对既有车站进行自动化监测，做到信息化施工，严格控制既有站结构竖向及水平方向位移。
（2）下穿段隧道节点增设补偿注浆孔，根据监测数据，在盾构穿越后进行多次少量的持续注浆，并控制好注浆压力，填充盾构管片与土体之间的空隙，以减少穿越后土体变形沉降。
（3）提高节点区间管片的螺栓等级，管片钢筋相应增加和加密，以增强地铁盾构掘进注浆期间自身变形的可控性。
（4）明确节点处盾构隧道左右线推进的前后间距、速度和顺序，并及时进行同步注浆及二次注浆，控制好注浆压强以及注浆速度。
4.2施工方面
（1）严格按照本项目设计规定的施工顺序（车站清障井→区间隧道），避免不利因素的相互影响。
（2）按照CJJ/T202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》编制专项施工方案，并报批。
（3）车站开挖前进行试降水，确保地连墙接缝处的止水效果，施工中发现渗漏水应及时采取有效措施进行修补。
（4）车站基坑和清障竖井基坑施工严格按照设计要求，分层分段开挖，充分利用时空效应，避免超挖现象。开挖到底后应立即组织人员进行垫层和底板结构的施工，减少因基坑暴露时间过长而产生的坑底隆起以及地面的位移沉降等不利影响。
（5）盾构隧道下穿前设置试验段，试验段与下穿节点在同地质条件、同工况及同施工班组条件下进行实施，并根据试验进行优化施工参数。及时布置监测点，加强对既有车站结构的监测，调整并确保盾构机性能良好，下穿既有车站的过程中，遵循“慢慢地推，分小段推；慢慢地转，均匀地转；顶住正面，调整压力；封住盾尾，合理注浆”的要求；合理控制盾构施工掘进速度、间距、顶推力和地层损失率等施工参数。
5 结论
总之，本文在结合某地下隧道工程实例的基础之上，借助于有限元分析软件就地下结构施工对周边地铁隧道影响的情况进行了详细的分析研究，并对模拟结果进行深入的探索延伸，分析了工程设计要点和施工技术控制要领，研究结果表明采取跟踪补偿注浆技术可达到主动控制沉降的目的，希望本文可以为今后相关工程起到一定的借鉴作用。
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论文作者:胡世健
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/20
标签：隧道论文; 位移论文; 结构论文; 基坑论文; 地铁论文; 车站论文; 盾构论文; 《基层建设》2019年第8期论文;