基坑施工对周边已建地铁的影响分析

荆子菁 林德建 刘尊景

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310058)



基坑施工对周边已建地铁的影响分析

荆子菁1林德建2刘尊景1

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122； 2.浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310058)

以杭州彭埠某邻近地铁的基坑工程为例，介绍了该基坑的围护设计方案，并建立了Abaqus 3D有限元模型，数值模拟了基坑施工过程对地铁隧道位移的影响，为基坑工程的优化设计及施工提供了依据。

基坑，地铁，围护设计，三维模型

0 引言

随着城市建设的迅速发展，城市地下空间的利用率逐渐增多，越来越多的新建工程位于已运行地铁隧道周边。新建工程的基坑施工引起周围土层移动，导致下方隧道位移场和应力场的变化，如何通过合理的基坑围护设计减少基坑施工对周边地铁隧道的影响是岩土工程师的主要任务。

本文以杭州地铁1号线隧道周边的深基坑设计项目实例为背景，采用Abaqus三维有限元模拟的方法模拟了该基坑施工各步骤对地铁1号线隧道变形的影响。

1 工程概况

1.1 工程概述

本基坑工程位于杭州市彭埠单元范围内，基坑呈长条形，长度约为130 m，宽度约为35 m。基坑开挖深度为12.95 m，局部挖深为13.35 m。

基坑北侧靠近地铁1号线和新建的地铁4号线，共两个地铁四条线路。其余三侧道路下无地铁。

地铁1号线右线距离基坑较近，其水平方向距基坑支护结构地连墙9 m，埋深为10.5 m～12.0 m；1号线左线水平方向距基坑支护结构地连墙约47.8 m，埋深约为10.6 m～12.1 m。

地铁4号线右线距离基坑较近，水平方向距基坑支护结构地连墙21 m，埋深为12.0 m～16.3 m；4号线左线水平方向距基坑支护结构地连墙约35.8 m，埋深约为7.3 m～8.4 m。基坑与地铁相对关系见图1。

1.2 工程地质条件

本场区内地层自上而下主要为：场地上部为填土，厚度约为2.0 m～3.0 m；砂质粉土、粉土厚度约为14.0 m；中部为淤泥质粉质粘土，厚度约为23 m；底部为粉砂、砾砂层。基坑开挖面部分位于粉土层，该粉土层的土渗透系数较高。

2 基坑围护设计

2.1 围护设计方案

根据本基坑的开挖深度、基坑的周边环境条件及相应的土层分布，在本工程基坑围护方案主要为：1 m厚的地下连续墙+三道钢筋混凝土支撑的支护方式，坑底采用被动区墩式加固。地连墙两侧采用φ850@600的三轴水泥搅拌桩进行槽壁加固。

2.2 围护体的计算变形

通过启明星软件对地铁侧围护方案进行计算，得到基坑开挖各工况下围护结构的位移、内力包络图(见图2)。

3 三维有限元分析

3.1 模型尺寸及施工步骤

模型尺寸为400 m×250 m×60 m(x×y×z)，基坑位于模型中部，地铁盾构隧道中取距离基坑最近的1号线右线进行模拟分析。全区域的三维模型见图3。

在建立有限元的过程中，根据基坑施工工况将其抽象为数值分析采用的施工步，有限元模拟的步骤为：

1)初始状态下地层的初始应力平衡及位移清零；

2)模拟开挖土层至第一道支撑底；

3)模拟开挖土层至第二道支撑底；

4)按照先开挖两侧，后开挖中间土层的顺序，模拟分块开挖最下层土；

5)模拟基坑土体开挖至设计标高。

土层开挖顺序图见图4。

3.2 本构模型的选取

对岩土体，采用线弹性—理想塑性的Mohr-Coulomb模型进行模拟。

对钢筋混凝土钻孔灌注桩和基坑的混凝土底板，采用线弹性模型进行模拟。

3.3 本构模型参数

根据现场地质调查和土工试验结果，结合工程经验，采用的岩土体的物理力学参数见表1。

表1 建立模型时参数取值表

4 三维计算结果

4.1 围护结构变形

地下连续墙不同开挖阶段的最大侧向变形为16.1 mm与启明星计算的18.9 mm较一致。

由勘察报告土层分布，基坑所在位置上部土体较好，下部(-17.9 m～-40.5 m)土质较差。模拟结果同样显示支护结构上部侧向变形较小，-20 m～-35 m范围侧向变形较大，最大值为15.7 mm，最大侧移点在-22 m处，如图5所示。

4.2 盾构隧道的变形

基坑开挖使得邻近地铁发生水平和竖向位移，不同开挖阶段引起地铁的水平、竖直位移如图6，图7所示。

由图6，图7知，最大水平位移为5.4 mm(向基坑侧移)，最大竖向位移为2.3 mm(向下沉降)。

5 结语

通过对基坑施工各工况对地铁1号线影响的数值分析可得到如下结论：

1)地下连续墙不同开挖阶段的最大侧向变形为16.1 mm与启明星计算的18.9 mm较一致。

2)基坑施工可引起隧道最大水平位移为5.4 mm(向基坑侧移)，最大竖向位移为2.3 mm(向下沉降)。均满足地铁运行条件。

3)建议类似工程施工后可根据监测资料进行实时反馈分析，进一步深入研究典型地层中的地铁隧道周边进行基坑施工的设计计算方法。

[1] 胡 恒，朱厚喜，贾立宏.基坑开挖对邻近地铁结构基础的影响分析[J].岩土工程学报,2010,32(S1):116-119.

[2] 张玉成，杨光华，姚 捷，等.基坑开挖卸荷对下方既有地铁隧道影响的数值仿真分析[J].岩土工程学报,2010,32(S1):109-114.

[3] 王卫东,吴江斌,翁其平.基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟[J].岩土力学,2004,25(sup):251-255.

Analysis of effect of construction of foundation pit on metro tunnels

Jing Zijing1Lin Dejian2Liu Zunjing1

(1.Power China Huadong Engineering Corporation Limited, Hangzhou 311122, China;2.The Architectural Design Research Institute of Zhejiang University Co., Ltd, Hangzhou 310058, China)

Taking the neighborhood subway foundation engineering in Pengbu of Hangzhou as an example, the paper introduces the foundation enclosure design scheme, establishes Abaqus 3D finite element model, and numerically simulates the impact of foundation construction process upon subway tunnel displacement, which has provided some guidance for optimal design and construction of foundation engineering.

foundation, subway, enclosure design, three-dimensional model

1009-6825(2016)34-0085-02

2016-09-27

荆子菁(1984- )，女，工程师

TU463

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