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摘要：二十一世纪以来，随着我国城市化建设脚步的加快，由于城市的土地资源越来越少，城市化建设的脚步正在向着纵深化发展，并呈现出向着大综型地下空间发展的趋势。随着城市建设的发展，我国高层建筑越来越多，紧邻地铁隧道的深基坑工程逐渐增多。在进行大型深基坑施工时，极有可能会对周围临近的地铁隧道盾构结构造成一定的影响。只有采取科学的施工方式，适当的在施工时采取相应的加固等技术措施，才能保证地铁线路的正常运营和深基坑施工的安全性。深基坑施工过程中，必然会对周围的地层产生一定的影响，为了保证深基坑施工的安全和地铁线路的正常运营，需要采取数值模拟分析的方法，分析深基坑的结构体系，以此来制定地铁的保护措施。本文基于深基坑施工时周围既有地铁隧道和既有换乘车站的情况，采用有限元法对深基坑进行有效的数值模拟分析，研究了深基坑施工对于临近地铁线路的影响以及需要采取的一些必要措施，为临近地铁施工工程提供真实有效的建议。
关键字：基坑开挖，地铁隧道，数值模拟，地面降沉。
引言：随着我国经济的不断发展，城市化建设的脚步越来越快，为了解决城市的交通拥堵问题，城市轨道交通成为了提升城市服务水平的一项重要基础设施。各大城市都在加快城市轨道交通的建设速度，尤其是经济发达的一线城市甚至有些二线城市。由于城市轨道交通都是建设在城市中心客流量非常大的地方，但中心城区又正处于老城改造和旧城更替的一个发展阶段，因此近几年来国家对各个地区的中心城市都进行乐合理的规划，从而达到节约土地资源的目的。大规模的城市建设更新，使得已经建成或者正在建设中的地铁线路项目非常多，在地铁线路附近实施大规模深基坑施工的情况也越来越多，对地铁线路的保护工作迫在眉睫。制定合理有效的施工方案和安全的保护措施是保证地铁线路的稳定运行，完成城市化建设的非常重要的关注点。在现阶段我国寸土寸金的城市土地建设中，如何筹划好保护好地铁线路，能够安全的在其周围进行深基坑施工，成为该领域所有人都关注的一项重要的问题。采用有效元法对深基坑进行有效的数值模拟分析，可以对深基坑的施工过程进行有效的保护，以此来有效的降低深基坑施工过程中可能产生的重要的安全隐患。因而，需要关注深基坑施工项目对地铁线路的影响，把握深基坑项目施工对地铁线路影响的规律，合理、安全的进行深基坑施工，高效的建设城市。
一、深基坑施工的初步分析
在进行深基坑施工的过程中，由于基坑开挖使得相邻的地铁隧道受力不平衡，引起周围的地势的结构改变，还会引起地应力的变化，导致地铁隧道受到强大的冲击力从而发生较大的变形，严重的可能造成坍塌，给现在地铁线路的保护带来了很多的世界性难题。地隧道对变形的要求十分严格，因为这涉及到了人民群众的生命安全，地铁隧道的最大绝对位移不能超过二十毫米，隧道回弹变形不能超过十五毫米。因此，在进行深基坑的施工过程中，如何有效的控制地铁隧道内的变形是非常重要的。有很多文能之士做了很多研究，已解决这些问题。在这里，我简单列举几个可能解决这一问题的方法：第一，通过卸荷模量和分层总和法计算对深基坑的挖掘影响图层位移，用开挖卸荷土体位移变化法来计算变形对隧道的影响。第二，利用Mindlin弹性半空间应力解，推导深基坑开挖隧道轴线的附加应力情况，通过弹性地基理论，将附加力施加在隧道上，得到了隧道位移的情况。第三，基于Mindlin弹性半空间应力解，考虑基坑土体开挖的影响，在坑底施加反向荷载，通过叠加计算出地下某点出的附加应力。第四，采用数值方法分析深基坑的施工对于已建成的地铁隧道的影响，数值考虑了隧道周围的加固情况。第五，很久开挖的情况与隧道的检测数据分析找出影响隧道的主要因素，得出一些重要的结论，如果能采取一些正确的措施减小对应开挖地区的隧道侧移速率和施工所需要的时间，必然能够有效的控制隧道的加固情况，保证深基坑工程的施工。
二、深基坑开挖对于地铁隧道的影响因素分析
深基坑在临近地铁隧道的施工过程中对地铁管道的管线也会造成一定的影响，根据规定可知，地下隧道结构的位移应当控制在二十毫米以内。因此，需要研究深基坑施工对于地铁隧道的影响，并能摸索出规律，深基坑的施工对于地铁隧道的水平位移和竖向位移都是影响非常大的，因此，我总结了深基坑的施工对于地铁隧道的影响，主要有以下几点：
1.地铁隧道与深基坑的水平距离对地铁隧道变形的影响
在日常的工程实践中可以发现，地铁隧道与深基坑之间的水平距离和隧道水平位移有关系，主要表现在：地铁隧道与深基坑之间的水平距离是指地铁隧道结构与深基坑结构之间的距离，该距离的远近对地铁隧道水平位移的影响是非常大的，而且水平位移和其他位移之间有着某种关系。通常来说，水平距离越大，其对地铁隧道的水平位移的影响越小，两者之间的水平位移在四米外的时候，地铁隧道的水平位移则会变小的很多。由此分析可以得出，地铁隧道与深基坑的水平位移在四米之内时，对地铁隧道的影响是最大的。
地铁隧道与深基坑之间的水平距离对地铁隧道内竖向位移的影响，主要表现在地铁隧道与深基坑之间的水平位移与地铁隧道的沉降有关系，并且成递减的关系，他们之间的规律就是，当地铁隧道与深基坑的水平距离小于六米时，地铁隧道的竖向位移在一个很大的范围，当地铁隧道与深基坑的水平距离在六米以上时，地铁隧道的竖向位移就会变得很小了。所以总结为，地铁隧道与深基坑施工的水平距离保持在十二米开外，这时地铁隧道的竖向位移是非常小的，就不会影响到地铁线路的正常运营。
2.地铁隧道的变形与深基坑相对竖向距离的影响分析
地铁隧道的变形与深基坑相对竖向距离的关系，主要表现为离散的关系，由于地铁隧道会出现水平位移和竖向位移的情况，要受到相对高强度的相对水平距离的影响，当地铁隧道与深基坑之间的相对高差在四米之内是，地铁隧道的水平位移和竖向位移相当的明显，一定要注意深基坑与地铁隧道的相对高差的情况。
三、深基坑开挖施工对于地铁隧道的施工模拟
深基坑开挖施工对于地铁隧道的影响大小情况，与深基坑开挖的面积和深度有关，深基坑的施工过程中，该区域的地质情况，周围的荷载情况以及地下水位情况对于地铁隧道的位移有着很大的关系。可以根据现阶段非常好用的三维有限元软件建立一个更加直观的模型，从而进行深入的分析和探究，下面我举个例子：
1.工程概况背景
城市工程项目要求设两个地下室，两个基坑挖掘的深度非常深，对临近地铁线路的挖掘一定要小心，采用深层水泥土搅拌桩止水，两个基坑最边线远离地铁隧道，深基坑的底面可以与地铁隧道相结合。地铁隧道混凝土的常年使用导致出现了一些不好的现象，需要对地铁隧道的形变位移进行有效的把控。
2.BIM的应用
BIM主要是指在计算机辅助设计CAD基础之上进行多维模型信息集成技术能够对建筑物本身的物理特性以及功能特性进行数字化以及可视化的表达。这类技术能够应用于项目的规划，勘察，施工，涉及运营，维护等基本阶段，实现建筑全过程周期的同一多维建筑模型基础上进行数据的共享能够贯穿产业链。这样更加有利于对工程的环境，能耗，质量，安全，经济等综合方面进行检查和分析，保证方案全过程的优化以及科学性。
在各项工作的协同处理过程中，有利于提高建筑行业的整体效益，并且为节能环保创造更加有利的条件。
3.基坑支护形式
该工程的深基坑周边的支护形似彩玉板式支护，在深基坑内还设计了内支撑的保护，深坑内部的保护还有一部分是通过与地下的墙体进行融合，大部分采用钻孔灌注的方式，设计大部分采用两道水平支撑，最大限度的保障了施工的安全程度。
4.双侧深基坑开挖施工方案
由于地铁隧道需要常年的运营，出现了很多的病害情况，因此，需要对深基坑工作的施工进行合理的安排和有效的管控。依据目前我国制定的对地铁隧道的保护措施，一定要注重以下几个方面，地铁隧道的沉降量和水平位移量，地铁隧道的收敛值，地铁隧道节后变形值，两轨道的横向高差，地铁隧道外壁的附加荷载等这些重要的数据。
具体的施工过程中，两侧的基坑同时施工的可能性非常小，以此，需要设计一个方案，先进行左侧深基坑的施工，其次是右侧的深基坑的施工。
5.地铁隧道两侧卸载分析
在地铁隧道的开挖过程中，深基坑内侧的卸载量也在不断增加，导致深基坑底部的土向高处隆起，而基坑外部的土地则向下凹陷，引发基坑周围的土质结构发生变化，从而导致深基坑的安全围护发生形变。在深基坑的不断挖掘过程中，地铁隧道两侧的压力卸载也在不断的增大，地铁隧道两侧不正当的压力会导致地铁隧道发生位移，因此，需要严格把控好基坑围护结构的变形。如果基坑两侧同时开挖，那么对地铁隧道的压力是非常大的，对土压力的差值会增大，在这个过程中，也不能避免会产生相互的影响和叠加效应，引发地铁隧道产生大规模的位移从而导致较大的事故发生，这些都要避免。
6.地下水处理
在深基坑的施工过程中，还要注意地下水的处理，因为整个场地地下水含量非常丰富，基坑开挖后一定要注意粉砂层的透水性，所以大部分的深基坑施工都会采用较为成熟的施工方案进行有效的止水。对全部深基坑采取全封闭式的止水帷幕，可以有效的降低深基坑的水对周边的影响，在设计方案的时候要特别注意，地连墙的深度与粉质黏土层应该保持在一米以上的距离，这样才能最大程度的保证地下水的处理。
7免沉降对地铁隧道的保护
在深基坑的设计和施工中，如果止水维度不够，会导致深基坑底部出现漏水的情况，因此施工时要切记高质量的对地下水进行处理。尽量在黏土层进行施工，因为这层土质是非常隔水的，从而能够构成非常好的隔水体系，能够有效的减少降水对地铁线路造成的巨大影响。基坑施工过程中，如果有底部的桩出现变形非常大的情况，这样会导致塑性流动，所以在设计的时候要注意桩径的适当加大，也要加长有效桩长，这样才能使支护结构更加的稳定，起到对临近地铁隧道的安全防护要求。
8.设计施工工况
在深基坑开挖前，首先要制定合理的开挖顺序，因为是比较庞大的工程，所以更应该要按照设计的原则和步骤进行施工。采用分层、分段的施工原则，先形成中间支撑，尽量较少无支撑的暴露时间。结构专业的设计人员必须要针对建筑专业所发布的模型来进行。施工中，确保每一个环节都不能少，每一个环节都要有人监督，一个过程也不能落下，严格按照施工的标准开挖。主要步骤大致如下：首先，严格按照设计方案和要求进行，严格控制降水井和支护结构的施工质量；其次，分区域分层次开挖施工，并且随着挖掘的深度采用混凝土浇筑的方式稳固支护，然后挖到第二层支撑底部时，继续采用混凝土浇筑的方式，等垫层的设计强度达到标准后，在继续向下挖掘，最后，对主体结构底板进行浇筑，达到设计强度后拆除之前的两层支撑底板，同样的方法操作负一层楼板以及换撑结构。楼板和换撑结构达到设计强度后上部支撑都可以拆除，并且做好防水工程，填补侧壁土方。
四、有限元数值模拟的应用
现如今，城市建设中有大量的高层建筑和地下建筑，都需要开挖较深大的基坑，必须采用相应合理的支护形式支持其稳定。深基坑的挖掘对周围建筑的影响是比较大的。尤其是对现在地铁隧道的影响不能忽视。地铁隧道对结构的变形有着非常严格的要求，在地铁隧道周围进行深基坑的施工时面临的挑战也非常多，为了保证深基坑的正常施工和地铁隧道的稳定运行，给设计者和施工者带来非常大的难题。基坑的开挖是开挖面上开始卸荷，卸荷这会影响到深基坑底部的土壤结构向上位移，深基坑的围护结构也会因为两侧的压力差而产生相应大的位移，由此可以看出，深基坑的开挖，必然会引起周围土层的移动。这样的话，如何预测产生的位移对于周围建筑和地铁隧道的影响，这成为了一个问题。现阶段可以采用岩土工程专业有限软件Midas GTS进行科学有效的三维有限元分析，通过对深基坑开挖过程中的有限元数值模拟，可以实现预测到深基坑开挖对于周围建筑和地铁隧道的影响程度。可以通过软件的附加模拟变形的功能，科学的分析出在不同的施工方案中，对附近的地铁隧道产生的位移形变程度。设计者和施工者可以根据模拟的参考数据，适当的采取一些有效的防护措施，从而保障深基坑的施工安全，也对附近的地铁线路的运营带来了安全的保障。
五、地铁重点保护方案
为了最大限度的减少深基坑开挖对于临近地铁线路隧道的影响，深基坑工程必须在设计、施工等环节严格的控制深基坑对地铁隧道的影响，根据平时的经验并且结合当下实际的情况和周围的地质情况，采取以下重点的设计方案：
1.围护结构采用地下连续墙，日常的深基坑开挖都是采用内支撑的。围护结构采用两墙合一的地下连续墙进行有效的保护，连续墙的厚度和深度都是应该通过计算得出的，同时由于深基坑和地铁隧道的特殊性，采用四道水平支撑的方案，这样可以最大限度的保障深基坑的施工不给地铁隧道带来影响。
2.为了防止地下连续墙在施工过程中出现坍塌给临近的地铁线路造成影响，临近地铁隧道的那道墙必须采用更加牢固的方式进行加固，采用双排三轴水泥土搅拌桩槽壁加固，这是最有效的措施。
3.采用先挖中间再挖四周的盆式挖土方式，做到分层、分区、分块、对称、平衡、限时、挖土支撑。
4.基坑地下采用浇筑混凝土的方式满堂加固，提高基坑内部的抗压力差的能力，限制地下连续墙的位移，对基坑底部进行非常厚实的加固，同时进行压密注浆。
结语：综上所述，通过以上对深基坑开挖工作的介绍和对基坑开挖进行的数值模拟分析，明确了深基坑的施工对地铁隧道的影响情况，通过在施工前以及施工过程中采取科学合理的措施，有效地把控深基坑的施工对临近地铁隧道的影响，最大程度的保障了社会建设的脚步。
参考文献：
[1]GB 50911-2013. 城市轨道交通工程监测技术规范[S]. 2014
[2]JGJ 120-2012. 建筑基坑支护技术规程[S]. 2012
[3]基坑工程手册[M]. 中国建筑工业出版社，刘国彬，2009