深大基坑施工对邻近地铁隧道影响分析及处理措施

       　随着城市的高速发展，土地成为极其宝贵的资源，现阶段，地铁工程和深基坑工程大量开展，在深基坑附近出现了地铁隧道，而地铁隧道的变形和沉降是非常严格的，因此，如何对深基坑附近的地铁隧道进行保护成为一个新的工程难题。
由于在基坑开挖时，基坑开挖一定范围内会引起地面沉降，与此同时，地铁位于土体中，基坑开挖势必会引起地铁隧道发生位移、附加应力和弯矩，因此，如何对地铁隧道结构进行保护成为在基坑开挖过程中必须需要思考的一个难题。北京金融信息大厦基坑开挖深度达15m，位于基坑地铁1号线隧道北侧，基坑之间的距离只有5m。
根据相关规范，当基坑距离地铁隧道结构距离小于50m时，基坑开挖对地铁隧道结构的影响较大，属于地铁隧道的保护范围，需要对该问题进行分析，因此，本文以该项目为依托，结合场地勘察资料，运用大型通用有限元软件对上述问题进行研究，并对研究结果进行分析，通过其分析结果，为实际工程基坑和地铁隧道结构的安全性提供保证。
1 工程概况
广州市黄金广场房地产开发有限公司开发的广州汇金国际商业大厦项目，位于广州市荔湾区中山六路与海珠北路交汇处之东北角。该项目地面以上建筑为十六层，设置地下室三层，基础拟采用筏板基础。建筑±0.000相当于广州城建高程12.650m。
本工程地下室基坑大致呈方形，南北向最大尺寸约50m，东西向最大尺寸约44m，周长约180m。
该基坑南面为广州地铁一号线的西门口站——公元前站隧道区间，地铁区间隧道底标高-15.23m，隧道顶标高-9.23m。基坑支护的地下连续墙外边线与地铁区间隧道外壁的净距为11.5m，地下室底板面标高-14.40m，基坑开挖设计深度标高为-15.00～15.50m，可见基坑的开挖深度与地铁隧道底面埋深基本相同。
基坑支护靠近隧道侧采用1000厚地下连续墙+二道钢筋混凝土内支撑的支护结构，另再地连墙外侧用7排直径550间距400的格栅式搅拌桩加固，搅拌桩深度L=11m，地连墙内侧在第二道内支撑下面同样用7排直径550mm间距400mm的格栅式搅拌桩加固，搅拌桩搅至搅不动为止；其他侧边采用800厚地下连续墙+二道钢筋混凝土内支撑的支护结构，地下连续墙兼做地下室外墙如图1，地质情况如图2。
2 三维有限元数值模拟分析
本文采用三维有限元软件midas-GTS，建立模型，计算结果如下。
深基坑开挖相当于卸载了隧道一侧的大量土体，导致了隧道结构发生了少量的竖向沉降和向基坑方向发生了一定量的水平位移，但以水平位移为主。地下水位在自然水位的情况：地铁隧道结构向基坑的最大水平位移为4.307mm，最大沉降量仅为-0.760mm，最大总位移量为4.317mm。地下水位随着基坑开挖下降到-5m的情况：地铁隧道结构向基坑的最大水平位移为4.408mm，最大沉降量为-1.022mm，最大总位移量为4.408mm。地下水位随着基坑开挖下降到-16m的情况：地铁隧道结构向基坑的最大水平位移为4.765mm，最大沉降量为-1.191mm，最大总位移量为5.006mm。
可见，虽然总体有位移变化但基坑施工引起的地铁隧道结构的位移量较小，小于地铁隧道保护条例规定的最大附加绝对位移量（20mm）。
综上，深基坑开挖对邻近地铁隧道结构造成了一定量的水平位移和竖向沉降，但总位移量很小（由于地下水位下降多少暂时没法估计，所以不算地下水下降引起的附加位移，則总位移在4.4mm以内），且未对地铁隧道结构受力状态产生明显改变，因此，认为地铁隧道结构在深基坑开挖过程中是安全的。
如上述各工况的计算分析和图表所示，隧道各点的位移都已求得，分别将临近隧道边基坑中部的最大位移及两侧的最小位移标记出来，又因为各点的相对位置都已计算获得，且隧道变形曲线必然通过这三点。因此，可利用作图法，将经过这三点的圆弧画出。此时即可得到隧道变形相对曲率半径。
隧道侧的模型边长110m，利用上述方法，求得隧道在各种状态下的最小曲率半径如下表1：
由上表可见，由基坑开挖引起的隧道变形的曲率半径远大于地铁隧道保护条例规定的最小曲率半径（15km）。
3 结论及建议
通过上述论文的分析结果，可知，本项目深基坑开挖对于地铁隧道结构的影响尚在规范许可的范围之类，但是其影响值相对来说还是比较大的，因此，需在基坑开挖过程中，加强深基坑开挖工况和地铁隧道结构的变形、应力监测，对地铁隧道结构的安全性进行监控，必要时，可以根据监测结果对基坑支护的施工方案或者施工步骤进行调整。
在基坑进行土方开挖时，因遵循分块、分层、对称开挖的原则，在必要时，可以在靠近地铁隧道的一侧通过土体反压来控制基坑土方开挖对地铁隧道结构的影响。
参考文献：
[1] 梁宁慧，刘新荣，曹学山，等.中国城市地铁建设的现状和发展战略[J].重庆建筑大学学报，2008，30（6）：81-85.
[2] 贺少辉.地下工程（修订本）.[M].2008年3月第1次修订.清华大学出版社，2008.
作者简介：尚玉厚（1963-），男，河南信阳人，工作于河南益科岩土工程有限公司，现职称物探工程师，从事岩土工程相关工作。