关于盾构隧道上方基坑开挖对运营线路影响

关于盾构隧道上方基坑开挖对运营线路影响

【摘要】基坑开挖首先要对基槽的土质进行设计规划，决定了基槽的土质才能开展下一步的工作，选择合适的基坑开挖手段是十分重要的，对于基坑情况进行评估之后选择合适的开挖手段可以有效的坚守施工难度和施工强度。对基坑开挖施工将要遇到的障碍要制定合适的方法去处理，并且选用合适的器械对基坑进行规范的开挖。土质、地下水位的高度、开挖方法、开挖机械、运输道路、施工过程中的季节与天气、地下管线及文物等，施工前应确定一套由监理单位认可的施工方案，深基坑应由专家论证。另外基坑开挖时的土质问题一旦与设计好的土质有偏差，应该立刻制定完善计划。施工过程中如发现与地质报告或预定的施工方案不符应报建设单

位或监理单位，必要时还要报设计单位进行设计变更。

【关键词】基坑结构；基坑施工

在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。开挖前应根据地质水文资料，结合现场附近建筑物情况，决定开挖方案，并作好防水排水工作。开挖不深者可用放边坡的办法，使土坡稳定，其坡度大小按有关施工规程确定。开挖较深及邻近有建筑物者，可用基坑壁支护方法，喷射混凝土护壁方法，大型基坑甚至采用地下连续墙和钻孔灌注桩连锁等方法，防护外侧土层坍入；在附近建筑无影响者，可用井点法降低地下水位，采用放坡明挖；在寒冷地区可采用天然冷气冻结法开挖等等。

在基坑开挖的过程中防水的重要性是不可忽视的，如果工程因为

防水问题而出现事故就是极重大的.一般来说在做基坑防水的时候应该先打垫层，趁天气还未完全进入雨季，先打垫层。在垫层铺设完毕之后还要在基坑开挖地点挖盲沟，集水坑，准备工程抽水机，准备随时抽水。另外如果以上两条都不进行的话，就要等到等下完雨换土。再做垫层在继续向上做。会耽误工程的进度，在一定程度上影响工程的质量，此外如果放坡的话，要处理护坡，覆膜或者打砂浆，是一种比较繁琐的防水做法，建议还是在雨季之前做最初的两条好准备。

1、工程介绍

本工程的施工方案目的是为了缓解华东某城市的交通压力，以隧道式架设来缓解此城市巨大的交通压力以隧道绕过地铁高架桥的

方式增加交通流动量，但城市规划决定以盾构隧道取代高架用以缓解交通十字路口枢纽处的交通压力，达到更加顺畅的交易通目的。根据规划施工顺序，高架改地下方案将于拟建地铁运营后实施，地下基坑开挖时将位于已投入运营的地铁隧道上方。为保证在运营中已建成地铁线路的安全，对基坑开挖对既有盾构隧道影响进行分析并采用相应工程措施保护，决定了设计方案是否可行。

由于开挖地点的多方面因素都会影响到施工的复杂性，所以我们尽量要求在建立模型的时候越贴近实际情况越好，可以有利的避免施工现场与计划不符合的复杂情况出现。

2、工程施工背景具体情况

工程所处为长江冲积平原区，地势低平，地面高程一般在8～10m，

上覆全新统松软粘性土层（q4），主要由粉质粘土、淤泥质粉质粘土组成；基岩为浦口组（k2p）泥岩，基岩埋深25m左右。

3、限元模型构建

计算采用midas gts软件进行，采用地层结构法，以solid实体单元模拟土层，以plate壳单元模拟连续墙以及管片的结构，以beam 梁单元模拟内支撑体系。对于土层与各结构之间的接触采用共用节点的方式进行模拟。

对土层，采用mohr-coulomb本构关系进行模拟，对连续墙、管片及支撑体系则按照linear elastic本构关系进行模拟。

4、施工过程模拟与计算结果

4.1 计算与估测初应力

考虑岩土体的自重应力，忽略其构造应力，在分析第一步首先计算岩土体的自重应力场，并且在自重应力场中还产生了初始位移。在继续分析后续施工时，得到的位移结果中累加了初始位移；而现实中的初始位移已经结束，对基坑开挖没有影响，因此在后面的每个施工阶段分析位移时，需要减去初始位移场。

4.2 现实开挖的情况

可以采用单元激活和钝化技术来实现材料的消除和添加。对于基坑开挖和支护，采用此项技术可有效达到目的。在计算过程中科直接选择将被挖去的单元进行钝化，以实现开挖过程的模拟。增加支护时，将相应支护部分激活，单元激活时具有零应变状态。

4.3 工程应对方案

由于本工程涉及到的土质土层为淤泥质粉质粘土其稳定性不高，在工程开展之后极容易因为地层变化及一系列的地质灾变而发生

意外，因此对于其采取措施是必然的。

卸荷规模是影响地铁隧道周围位移场、应力场和隧道变形隆起量的一个重要因素。对于既有隧道上方的基坑开挖，卸荷规模已既定，基坑的卸荷范围及基坑与己建轨道交通隧道的距离也已确定。虽然随着卸荷规模以及方式的不同，对隧道的响应不尽相同，但是在同一地区或近似相同的地质条件、场地环境，且土体具有相当应力历史的条件下，开挖卸荷对地铁隧道产生的附加应力和自身变形起主要作用。

基坑开挖，对隧道而言是卸除拱顶覆土，当覆土较深的情况下，基坑开挖对隧道影响会较少，但项目工程基坑较深，基底至拱顶覆土深度有限，且隧道拱顶及周边土体主要为淤泥质粉质粘土，开挖造成的地层扰动对这种自稳性差、压缩性高的土体极易造成地质灾害。

盾构施工时常用的端头加固主要是解决始发（或到达）段止水及增强掌子面以上土体稳定性作用，本工程拟将该加固体范围增大至整个基坑开挖范围，使未来高架改地下基坑开挖时处于加固体中进行。通过对基坑内土体改良避免发生地质灾害的可能，同时控制既有隧道的变形减少对运营线路的影响。

4.4 分析工况

为了体现采用加固体和未采用加固的区别，在基坑开挖过程的模

拟中分别采用原状地质开挖及加固后开挖两种情况进行计算，计算采用了下列工况：

工况一：初始状态为地铁盾构隧道已投入运营，周边土体已基本完成功后变形沉降，处于稳定状态，地层应力场主要由土体自身及地面车辆超载形成。

工况二：在施工场地内施作基坑围护结构（地下连续墙），并开挖基坑内土体至第一道支撑下0.5m，并架设第一道支撑。

工况三：开挖基坑内土体至第二道支撑下0.5m，并架设第二道支撑。

工况四：开挖至基坑底。

4.5 分析结果

有限元数值计算为基坑开挖过程造成的地面沉降（终态）提供了重要的设计依据。计算结果表明但采用原状土开挖造成基底隆起超过5.7cm，基坑顶地面隆起超过3cm，均不符合基坑设计的沉降要求；而才用地层加固改良土体条件后开挖造成基底隆起不超过

0.3cm，基坑顶地面隆起不超过0.2cm，均符合基坑设计的沉降要求。由于坑内的开挖卸载，使隧道发生向上的位移，引起的位移变化量在6.0mm～ 31.0mm之间，利用隧道向上的变形计算了隧道变形后的曲率半径，由于坑内的开挖卸载，使隧道发生向上的位移，引起的位移变化量在0.5mm～2.0mm之间，利用隧道向上的变形计算了隧道变形后的曲率半径。

以开挖卸荷引起隧道结构的向上附加变形小于20.0mm，附加曲率