中铁隧道股份有限公司 450001
摘要：为分析深基坑开挖对区间隧道结构稳定性影响，采用ANSYS有限元方法进行计算分析，获得基坑开挖前后区间隧道结构的变形和内力变化，并对基坑施工过程中区间隧道安全性进行分析，为基坑开挖临近区间隧道结构的设计和施工提供了工程经验。
关键词：深基坑；有限元区间隧道安全性
0引言
在城市地铁修建的过程中，地铁深基坑开挖临近运营区间隧道、城市建筑物结构的工程案例有许多[1～2]。针对于不同开挖工艺对其临近结构的会产生不同的影响，为了避免对临近建筑结构造成失稳，降低各种风险，在前期的地铁明挖车站的设计过程中，设计者应考虑基坑远离临近建筑结构[3～4]。尤其是在软土地区修建地铁车站，靠近区间运营隧道时，基坑开挖土体产生的卸载效应会对区间隧道结构的变形与内力产生影响。目前，采用有限元数值分析方法对基坑开挖施工过程进行模拟计算是常用的分析方法。由于地下工程的地质条件多样性与复杂性，现有经验还不能有效地判断基坑开挖对临近区间运营隧道的影响，需要不断地完善理论和经验，为类似工程积累经验。
1工程概论
中央广场的西北侧为轨道六号线、九号线共用的地铁车站，中央广场地下建筑的部分区域位于轨道保护红线内，与众多轨道结构距离较近。中央广场地下车库与车站1号风井的距离最近，基坑开挖边线与1号风井结构仅2.45m；距车站明挖基坑最近距离8m；距轨道六号线区间隧道最近水平距离5.1m。地下车库施工对这三处地下结构有强烈影响。车站暗挖结构距离地下车库距离较远，地下车库施工对车站暗挖结构的影响较小。如图1所示。
为保证深基坑能够顺利安全地通过地铁区间隧道，需要对深基坑开挖对地铁区间隧道结构的安全性进行分析。
2风险识别与分析
根据土压平衡的特点，深基坑开挖进对周围地层主要存在的风险有四方面：1）地下水流失；2）土体扰动后固结；3）爆破或机械振动对地铁运营的影响。
对地铁区间隧道结构造成的影响主要有以下几点：
1）地下水流失造成地铁车站结构整体下沉。
2）地下水流失使地铁车站受到的水平围压不均匀，使结构内部产生附加内力。
由于地铁区间隧道所处的围岩为砂岩或砂质泥岩，极少量裂隙水存在。地铁车站位于持力层上，本次计算主要考虑基坑开挖地应力重新分布对区间隧道结构的影响。
3有限元模型及参数
3.1模型选取
本次选取施工时最不利情况进行计算分析，基坑靠近轨道六号线区间隧道，中央广场实际边坡采用1：1.23放坡开挖至234.60m，超挖7.10m。地质剖面如图2所示。
计算模型主要分析中央广场基坑施工后，对轨道六号线区间隧道衬砌的影响。
3.2模型建立
模型下边界取至区间隧道底部30m，左边界离区间隧道取50m，右边界离区间隧道取120m。计算采用ANSYS有限元软件进行分析，岩土体弹性屈服准则为DP准则。采用地层结构法进行计算。有限元模型如图3所示。
根据图6所示，基坑开挖到基底时隧道二衬位移值，X方向位移变化最大值3.96mm，Y方向位移变化最大1.29mm。
4.3隧道二衬弯矩分布图
5结论
根据有限元计算分析与验算公式，得出以下结论：
1）区间隧道锚杆距离深基坑实际开挖边坡超过20.m，并且区间隧道整体位于中风化泥岩层中，所以深基坑施工引起的竖向、侧向变形均集中在基坑附近的填土层中，对区间隧道的影响较小。
2）有限元计算得到深基坑施工会引起区间隧道产生偏压受力，按照截面衬砌尺寸和配筋进行验算，得到区间隧道衬砌满足结构承载力要求和正常使用要求。
3）由于隧道位于中风化持力层上，隧道开挖造成桩的整体下沉、倾斜可能性较小。
4）基坑开挖可能造成地下水位下降，致使区间隧道的受到的水平压力不均，使其产生附加内力。这种情况产生的附加内力是很小，可以采用监测手段进行识别。
参考文献：
[1]杨永平，周顺华等.软土地区地铁盾构区间隧道近接桩基数值分析[J].地下空间与工学报，2006（2）：561～565.
[2]袁金秀，王道远，李栋.北京地铁6号线下穿既有4号线区间盾构隧道施工技术[J]城市轨道交通研究，2012（1）：82～85.
[3]黎永索，阳军生等.盾构隧道下穿地下建筑物时的地表沉降分析[J].防灾减灾工学报，2013（33）：705～710.
[4]陈元庆.宁波地铁1号线泽大区间盾构隧道障碍物处理技术[J].隧道建设，2011（31增）：162～170.
论文作者:郑铁
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第34期
论文发表时间:2017/2/23
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