基坑开挖对临近既有盾构隧道影响的机理研究

图 １ 基坑 开挖 对 隧 道 水 平 向位 移 的影 响
当基 坑 开 挖 土 方后 ， 土体应力释放 （ 卸载 ） ， 基 坑
当盾 构 隧道 在 基 坑旁 边 时 ． 在 基坑 开挖 前 隧道 受 围护结 构 产 生 向基坑 内侧 的移 动 ． 导致 隧 道 靠近 基 坑
到周 围水 土压力 和 自重作用 ， 保持 受力平 衡 （ 见图ｌ ａ ） 。
基 础 与 结 构 工 程 器
Ｆｏ ｕｎｄ ａｔ ｉ ｏｎ ＆ Ｓｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅｒ ｉ ｎｇ
基坑 开挖对 临近既有盾构隧道影响 的机理研 究
魏 纲， 赵城丽 ， 蔡 吕路
（ 浙 江 大 学 城 市 学 院 土木 工 程 系 ， 浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ５ ）
器 基 础 与 结 构 工 程
Ｆｏｕｎ ｄ ａｔ ｉ ｏ ｎ ＆ Ｓｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅｅ ｒ ｉ ｎｇ
（ 见图 １ ｂ ） 。 相 同条件 下 ， 隧 道离 基坑越 近 ， 受 到 的附加
基坑 开挖前 ， 南于软 土地 区土 的侧压力 系数 Ｋ ｎ ＜ ｌ ，
伸、 竖 向压 缩 ” ， 但 变形 会 加 剧 ； 首 次提 基 坑 开 挖 深 度 决 定 了 隧 道 竖 向产 生 隆起 或 沉 降 ； 降水 会 使 隧 道产 生下 沉 。 收集了
１ １ 项 同 内基 坑 Ｔ 程 实 例 ， 对 实 测 数 据 进 行 了统 计 分 析 ， 结果表明 ： 隧 道 最 大水 平位 移值 与 隧 道 和 基坑 的净 距 离 呈 幂 函数
① 引 白《 上 海 市地 铁 沿线 建 筑 施 工 保 护 地 铁 技 术 管 理 暂 行 规 定 》
一
侧 的水 平 向受 力 （ 围压 ） 减小 ， 使 隧 道受 到 朝 向基 坑 侧 的 附加 力作 用 ， 隧 道产 生 向基 坑一 侧 的水 平 位移
一
２ ０ １ ３ － ￣ ￥ ６ 棚 （ １ １ ． １ ） 第 ３ １ 卷 啼荭 投术 １ ４ １
可 归纳 为 ： 现 场实 测 分 析ｌ ｌ ＿ ２ １ 、 有 限单 元法 ＿ １ ３ ４ １ 、 两 阶 段
分析 法ｌ Ｉ ５ Ｊ 和 离心模 型 试验 法ｌ Ｉ ６ 】 。 研 究 内容包 括 ： 隧道 变
ａ ） 隧道 处 于 初 始 受 力平 衡 状 态
形规 律 、 基 坑 不 同施 工 方案 对 比 、 基坑 开 挖 控制 措 施 、 降水 影 响等 。 但 关于 基坑 开 挖对 临 近既有 盾 构 隧道 影 响 的机 理还 缺乏 研 究 。 笔 者分 析 了基 坑 开挖 对 临近 既
有盾 构 隧道 影 响 的机 理 ， 利 用 实测 数 据 对理 论 分 析 结 果 进 行 了验证 。
１ 影 响 机 理 分 析
生向基坑
拘 ｌ 附加力 基坑开挖卸载
▲
Hale Waihona Puke Baidu。
ｂ） 开 挖 卸 载 便 隧 遭 受 力 失 衡
基 坑 降水 与 土方 开挖 ． 会 打破 盾 构 隧道 附近 土体 的受 力平 衡 ， 引起 土体 移动 ， 导致 隧道 受到 影 响 。
构最 终 绝 对位 移 不 能 超 过 ２ ０ ｍ ｍ， 变 形 曲线 的 曲率 半 径不 小 于 １ ５ ０ ０ ０ ｍ， 相 对 弯 曲不大 于 １ ／ ２ ５ ０ ０ ④ 。因此 ，
研究 基坑 开挖 对旁 边 既有盾 构 隧道 的影 响非 常重 要 。
基 坑 开 挖 施 Ｔ 对 临 近 既 有 隧 道 影 响 的 研 究 方 法
力 越大 ， 水平 位移值 也越 大 ， 容易 超过报警 值 （ １ ０ｍ ｍ） 。 隧 道 顶 部 受 到 的竖 向 自重 应 力一 般 要 大 于 起拱 线 处 当隧道 在基 坑 旁边 时 ， 实 测 隧道 竖 向位 移 出现 隆 的水 平 向 自重应 力 ， 隧道产生“ 水 平 向拉 伸 、 竖 向 起 和沉 降两 种情况 ， 难 以判 断。笔者分 析认 为 ， 隧道 竖 缩 ” ， 隧道 收敛 变形 类似 “ 横 椭 圆” 形状 （ 见图 ４ ａ ） 。 基 坑 向位移 与基 坑开挖 深度 和基 坑降水 有关 。
摘 要 ： 基 坑 开挖 会 对 临近 既 有 盾 构 隧 道 产 生 不 利影 响 。分 析 了基 坑 开 挖 对 临 近 既有 隧 道 变 形 的 影 响 机 理 ， 理 论 分 析 结 果表 明 ： 基 坑 开 挖 卸 载 使 隧道 水 平 方 向压 力 减 小 ， 导 致 隧道 产 生 朝 向基 坑 侧 的 水 平 方 向位 移 ； 收敛变形仍呈 “ 水 平 向拉
随 着我 国地 铁 建 设 的快 速 发 展 ， 临 近 既有 地 铁 盾 令 Ｈ 为隧道 顶部 覆土 厚度 ， ｚ 。 为 隧道 轴线 埋深 ， 为土 构 隧道 的基坑 开挖 Ｔ程 越来 越 多 。基 坑降 水和 土方 开 体 重度 ， Ｋ 。 为静止 土压 力系数 ， 则隧道 顶部受 到竖 向压
Ｍ ｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ Ｆｏ ｕｎｄａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｉ ｔ Ｅｘ ｃ ａ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｍ ｐａ ｃ ｔ ｏ ｎ Ｅｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎｇ Ｎｅ ａ ｒ ｂｙ Ｓ ｈｉ ｅ ｌ ｄ Ｔｕｎ ｎｅ ｌ
Ｗｅ ｉ Ｇａ ｎ ｇ， Ｚｈ ａ ｏ Ｃｈｅ ｎ ｇ ｌ ｉ ， Ｃａ ｉ Ｌ ｎ １ “
关系 ． 提 出 了 隧道 最大 水平 位 移 值 的 经 验 公 式 ， 实 测 结 果 验 证 了 影 响机 理理 论 分 析 的 可 靠性 。
关键词 ： 基坑 ： 盾 构 隧道 ； 开挖 ； 变 形 中 图 分 类 号 ：Ｕ ４ ５ ６ ． ３ １ 文献标志码 ： Ｂ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ９ — ７ ７ ６ ７（ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ 一 Ｏ １ ４ １ — ０ ６
Ｈ， 隧道 轴线 处受 到 的水平 向压力 为 Ｋ ｏ ｙ ｚ 。 。 挖会 打 破 周 围土 体 的受 力平 衡 。 使 旁 边 既有 隧道 产 生 力 为 ｙ 竖 向和 水 平 向位 移 ， 横 截 面产 生 收敛 变 形 。 而地 铁 对 隧道 的变 形要 求 极 其严 格 ， 例如 ， 上 海市 规 定 ： 地 铁 结