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摘要：本文根据地质参数以及工程实际情况，对某小学基坑开挖对长沙地铁1号线区间隧道的影响进行了数值模拟，通过数值模拟得出以下主要结论：1、由于基坑的开挖，导致隧道产生不对称变形。2、该基坑的开挖对隧道的变形及受力的影响是有限的，可以认为该基坑开挖时区间隧道是安全的。
关键词：基坑，地铁区间隧道，变形，FLAC3D数值模拟
一、工程背景及研究意义
某小学综合开发项目位于长沙地铁1号线涂家冲站～铁道学院站区间东侧，区间沿芙蓉南路布设，采用盾构法施工，长1757.15米，线间距为10.4～22.8m。隧道埋深约在10.0～26.9m之间。该小学综合开发项目处于长沙地铁1号线涂家冲站~铁道学院站区间ZDK23+750~ZDK23+950范围，基坑东侧离区间隧道平面约4.22~8.71m。考虑到基坑开挖卸载必然会引起坑底地层的变形，甚至可能会对地铁区间隧道结构产生不利影响。为了确保施工安全，保障施工顺利完成，对基坑开挖、回筑对地铁隧道造成的影响进行研究是十分必要的。本文通过调研国内外同类工程的有关资料，并对研究结果进行对比分析，利用FLAC3D有限差分程序对基坑开挖对既有地铁区间隧道的影响进行了数值模拟分析，以期所得结论能为基坑开挖提供指导和帮助。
二、国内外研究现状
随着我国城市化的快速发展，地铁和基坑工程大量涌现，而且规模不断加大。由于建设时序的原因，必然会存在后续基坑开挖对临近既有地铁隧道造成影响的问题，基坑开挖对临近或下卧地铁隧道的影响是一个十分复杂的动态过程，针对这方面的研究也越来越引起国内外学者的重视。张治国、张谢东、王卫东[1]结合上海地区一个临近地铁隧道的基坑工程，运用有限元分析方法对地铁隧道在基坑施工过程中所产生的影响进行弹塑性分析，分析结果与工程实测数据比较吻合，表明整体有限元方法可以较好地模拟此类工程问题，从而为实际工程的设计施工提供一定的理论和计算依据。刘庭金[2]利用广州地铁一号线黄沙至长寿路站区间隧道变形监测数据，研究了地铁上盖物业建筑群基坑施工对区间隧道的变形影响。李家平[3]以上海雅居乐广场浅基坑开挖为背景，采用数值方法分析了地基加固、抗拔桩以及考虑时空效应的分块、限时开挖等技术措施以减小下部隧道变形的效果。彭敏[4]以上海东方路一张杨路下立交工程为实例，通过理论分析和数值模拟计算，得出了基坑开挖过程中影响运营隧道变形的关键因素，提高抗拔桩与周围土体的摩擦性能，可抑制回弹变形。分块施工且分块越多，隧道的隆起变形越小。限时施工，也可控制隧道回弹变形。
三、工程地质条件
地铁1号线涂家冲站~铁道学院站区间在ZDK23+750~ZDK23+950范围内隧道纵向为2.8%的下坡，隧道顶埋深约25~35m，穿越地层均为中风化泥质粉砂岩。
该小学综合开发项目基坑开挖范围土体主要为砾砂与卵石层。后期回筑培训大楼为群桩基础，桩型为钻孔桩，受力类型为摩擦端承桩，桩端持力层为中风化泥质粉砂岩，地下室底板处位于卵石层。
四、基坑开挖对既有区间隧道影响的数值模拟
基坑现状场地内地形标高与路面标高相同，隧道埋深约27.64m，基坑底与隧道竖直最小距离为22.54m，水平最小距离为4.22m。
4.1 模型建立
本文主要分析基坑开挖对既有区间隧道影响，根据图4.1所示的隧道与基坑的相对位置关系，考虑边界条件的影响，模型大小为宽35m×高52m×长1m，数值分析模型如图4.2所示，模型共有2970个zones和4112个grid-points组成。
在实际模拟中，土层、注浆加固材料采用M-C（摩尔—库仑）模型模拟，衬砌管片采用弹性模型模拟，管片采用实体单元模拟，土钉采用cable单元模拟，其他材料采用实体单元模拟。
根据勘察资料，本次数值模拟区域土层分为三层，从上到下分别为卵石层，强风化泥质粉砂岩层和中风化泥质粉砂岩层
4.2 模拟的基本思路
虽然地铁1号线已经建成一段时间，但修建时造成的施工扰动已经使围岩应力状态发生了变化，为了得到目前隧道围岩和管片的应力场，有必要对隧道开挖过程进行模拟。模拟的基本思路为：
模型建立完毕后，首先进行初始地应力场模拟，然后进行区间隧道的开挖模拟，得到目前的应力场，按照设计要求，先放坡开挖基坑，再在基坑坡面打设土钉和喷射混凝土。
4.3 计算结果及分析
本文运用FLAC3D模拟基坑开挖对区间隧道的影响。
从图4.1中可以看出，基坑开挖后，基坑附近土体出现了隆起。最大隆起量在基坑底部，最大达到了29.4mm，同时可以看到，基坑开挖引起隧道变形出现非对称分布，隧道的最大径向收敛值为2.8mm，这是由于基坑开挖相当于在隧道右侧进行卸载，造成了偏压。
五 结论
本文根据地质参数以及工程实际情况，进行了基坑开挖对既有区间隧道影响的数值模拟，通过数值模拟得出以下主要结论：
1、隧道在开挖时，由于地应力的释放，初始应力破坏，隧道发生变形并达到稳定。随着基坑的开挖，隧道变形进一步发生变化，隧道的最大径向收敛值为2.8mm，且由于基坑的开挖，导致隧道变形分布不对称。
2、该基坑开挖对区间隧道的变形的影响是有限的，可以认为该基坑开挖时区间隧道是安全的。
参考文献：
[1] 张治国，张谢东，王卫东. 临近基坑施工对地铁隧道影响的数值模拟分析[J].武汉理工大学学报，2007,11
[2] 刘庭金等. 基坑施工对盾构隧道变形影响的实测研究[J].岩石力学与工程学报，2008,S2
[3] 李家平等. 基坑开挖卸载对下卧地铁隧道影响的数值分析[J].地下空间与工程学报，2009,S1
[4] 彭敏. 深层搅拌桩施工引起下卧运营隧道变形的研究[J].工程质量，2010,10：69-71
论文作者:陈翼
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/17
标签：基坑论文; 隧道论文; 区间论文; 地铁论文; 数值论文; 工程论文; 模型论文; 《基层建设》2017年2期论文;