【摘  要】城市轨道交通的快速发展，使新建车站或隧道越来越多的临近或穿越既有线路。为解决新建地铁车站基坑施工对先行施工隧道的影响及对策，依托深圳地铁 5 号线太安站和相邻区间隧道工程，采用 FLAC 有限差分软件，计算分析基坑开挖过程中隧道和基坑围护结构的变形情况及相应的对策。研究结果表明：为有效控制邻近隧道的位移，应加强控制基坑坑外土体的水平位移，设计中应对临近隧道段车站围护结构进行加强；基坑开挖过程中应对隧道进行临时加固。

【关键词】基坑；开挖；临近隧道；影响；措施

 

      随着我国城市轨道交通的快速发展，越来越多的新建地铁线路会临近或穿越既有线路。既有车站或隧道结构的存在，使周围土体应力重分布，新建线路和既有线路间必然产生相互影响^[1～3]，这种主要表现在两个方面：一是新建车站或隧道对既有结构的影响；二是既有结构对新建线路施工造成的影响。新建工程施工中应充分考虑既有结构的存在影响^[4～7] ，避免施工中既有结构产生水平偏移和竖向沉降。本文依托深圳地铁 5 号线太安站和相邻区间隧道工程，分析基坑开挖对隧道的影响和对策。

 

      深圳地铁 5 号线太安站位于深圳市罗湖区，为地铁 5 号、7 号线上下平行换乘站，7 号线的终点站。太安站全长 620m，沿东湖路布置，分4个区段施工，跨越布心路和太安路段采用盖挖逆筑法施工，其他部分采用明挖法施工。太安站至太安站~ 怡景站区间 2 号、3 号竖井间约 210m 为同期实施的 5 号、7号线矿山法隧道上下重叠段。

      太安站四区段右侧由于受南城百货商厦影响，无法采用明挖法施工，车站设计为 L 型，右侧采用矿山法施工，车站与隧道平面关系如图 1 所示。车站采用 5 道支撑，第五道支撑位于7号线隧道拱腰位置，1-1剖面图见图2。

      车站和区间隧道由两个标段施工。根据工程筹划安排，当太安站四区段开挖至 7 号线矿山法高程时，7 号线右线隧道已完成开挖和初支。为 降 低车站基坑在开挖和钢支撑架设中将对已开挖隧道产生的影响，拟在隧道内架设横向和竖向支撑，并加强该期间隧道和基坑围护结构的变形监测。

 

      采用 FLAC 有限差分软件，对该开挖过程对隧道产生的影响进行数值分析。

      太安地铁车站基坑开挖计算边界条件：水平方向沿基坑边界扩展约2 倍基坑开挖深度计 48m。底部影响区域沿基坑坑底扩展2 倍基坑深度计 50m，则基本可以消除边界效应对计算结果的影响。基坑两边5m范围外布置100kPa的建筑荷载，作用宽度10m。

      模型所有边界均为位移边界条件，其中上边界为自由边界，下边界 Y 方向位移固定为 0，左右边界 X 方向位移固定为0。如图3所示。

      根据本工程特点，土体本构模型采用为 Mohr-Coulomb模型，其破坏包络线对应于摩尔 - 库仑判据（剪切屈服函数）加上拉伸分离点（拉应力屈服函数），与拉应力流动法则相关联而与剪切流动不相关联。这种模型适用于混凝土、岩石和土壤等颗粒状材料。护坡桩、支撑、地铁车站结构等均采用弹性模型。

      根据《深圳地铁 5 号线太安站详勘阶段岩土工程勘察报告》，土层物理力学参数取值见表 1。

      根据本基坑施工过程，结合数值分析需要，现将基坑施工过程划分为如下施工工况，如表2所示。

      根据实施工况，通过数值模拟计算，在工况12时其变形情况如图4 所示。5 号线、7 号线地铁隧道拱顶沉降结果如图5 所示。

      在降水、开挖、架设支撑直至施工至基坑坑底的过程中，5 号线和 7 号线隧道的拱顶沉降量随降水、开挖等施工过程的进行呈线性增长趋势，在施工结束时最大沉降量分别为 2.5mm 和 2.0mm，可见本工程采取的施工措施能够较好地控制隧道的沉降。在降水、开挖的施工过程中隧道的沉降量均由前期的降水引起，降水过后的开挖过程对隧道疑似无影响。原因可能为坑内降水过程导致坑外水位的小幅下降，坑外土体在周边建筑物荷载作用下发生轻微固结作用，进而导致下卧隧道拱顶的小幅沉降。而在基坑开挖的施工过程中，坑外土体经历的是侧向卸载，因侧向卸载导致的竖向沉降量微小。隧道的沉降主要由降水引起，相应的最大沉降量在安全可控的范围内。

      由图 5 分析可知，在邻近有地铁隧道的条件下基坑施工导致的围护结构的水平位移随施工的不断进行呈增大趋势，并且最大水平位移发生在最后一次开挖施工后。

      国内有学者研究表明，在基坑开挖过程中，围护结构的变形和隧道的位移密切相关。围护结构的水平位移随着开挖深度增加而递增，但不随与距离隧道的远近而变化；而隧道距离基坑更远后，其位移随工况增加的趋势迅速变小。相关计算结果表明，邻近深基坑开挖施工影响下，隧道主要发生水平位移，当基坑距离较近时，也发生较大的竖向沉降( 约为水平位移的1/2 左右 )。显然，隧道距离基坑越远，其受到的影响就越小。当隧道距离基坑超过10m时，隧道变形小于距离5m 时的 1/2，由此，附加变形随间距增大可得到较快速的减小。