佛山市铁路投资建设集团有限公司 广东佛山 528000
摘要：近些年，随着我国城市地铁工程的增加，危及地铁结构以及安全的事件时有发生，严重影响了地铁轨道交通系统的正常运行。特别是在临近地铁运营线路周边开展基坑施工，导致地铁结构出现严重安全风险。本文对市政管道基坑施工中对既有地铁结构的影响展开了分析，旨在更好的保护地铁结构安全。
关键词：市政管道；基坑施工；地铁结构；影响
1 某市政管道项目的基坑工程概况
某市政管道项目的基坑采用明挖，且上跨地铁线路。该市政管道项目上跨地铁段为明挖隧道。为了确保地铁隧道结构及运营安全，靠近地铁隧道一侧的基坑施工控制是保护隧道结构及运营安全的最重要部分。因此，有必要对基坑的设计和施工方案进行全面地分析，以预测基坑开挖对地铁隧道结构的影响，并采取更具针对性的方法以及全面控制地铁隧道变形的有关措施。
2 基坑开挖卸荷影响分析
基坑开挖过程中，因基坑开挖后的卸载引起的回弹量以及周围土体在自重作用等原因使得基坑坑底土体向上隆起，并且结构在基坑周围的横向运动也会变形。基坑外部的地铁隧道结构的变形是由于基坑周围的地面运动以及后方地面的沉降所致。当隧道的弯曲变形达到一定值时，将影响其正常运行。
3 三维有限元预估分析
3.1 基坑开挖三维有限元分析
基坑开挖对隧道结构的影响很大，本通道基坑项目采用三维模型进行数值计算，计算采用的范围为长550m，宽330m，高度方向（Z 方向）取 60m。通道明挖基坑围护桩按等效刚度法折算成桩墙，采用板单元模拟，桩顶冠梁、砼支撑、砼系梁、钢围檩、钢支撑、钢系梁、格构柱、立柱桩均采用梁单元模拟。每一道支撑开挖工况又分别按照一次开挖和分层开挖两种方式进行模拟。该市政管道项目基坑深度约为11.3m ～ 13.7m，第一道撑开挖厚度约 1m，第二道撑开挖厚度约5m，第三道撑开挖厚度约3.5m，第四步开挖至基底开挖厚度约为1.8m ～ 3.4m。一次开挖工况即每一道支撑开挖厚度范围按一次开挖模拟；分层开挖即第一道撑开挖厚度按一层开挖模拟，第二道撑开挖厚度按三层开挖模拟，第三道撑开挖厚度按三层开挖模拟，第四步开挖至基底开挖厚度按二层开挖模拟。
该通道明挖基坑的开挖，对基坑中的土体相当于卸载过程，因此基坑下方土体产生较大的土体上浮，地铁区间隧道结构上浮显著减小，最大上浮约为13.00mm。基坑开挖引起的地铁隧道结构水平位移也显著减小，最大 X 方向水平位移减小至0.73mm，最大 Y 方向水平位移减小至0.57mm。
3.2 基坑降水影响分析
基坑降水分析的计算模型与基坑开挖施工模型有所不同，仍采用三维模型进行降水分析，整个计算范围为550m×330m×170m，模型 X 轴沿正东向，Y 轴沿正北方向，z 轴为竖直方向。
3.3 立柱桩围护桩施作的影响
围护桩墙、立柱桩、格构柱施作、基底旋喷桩加固完成时，地铁区间隧道 X、Y 方向水平位移分析，地铁区间隧道结构中段有少量沉降，最大沉降为1.29mm。围护桩墙、立柱桩、格构柱施作、基底旋喷桩加固引起的地铁隧道结构水平位移较小，最大 X 方向水平位移仅为0.78mm，最大 Y 方向水平位移仅为0.62mm。
基底袖阀管注浆加固完成时，地铁区间隧道结构中段亦有少量沉降，最大沉降为1.29mm，与旋喷桩加固工况的计算结果差不多。围护桩墙、立柱桩、格构柱施作、基底袖阀管注浆加固引起的地铁隧道结构水平位移亦较小，最大 X 方向水平位移仅为0.78mm，最大 Y 方向水平位移仅为0.62mm。
4 控制地铁隧道变形的施工措施
根据有限元系统模拟的深度分析，结合国内已有很多成功上穿既有地铁工程的实践经验，并参考有关城市轨道交通技术规范。临近地铁结构的深基坑开挖应严格控制地铁结构变形指标，从基坑开挖过程各关键工序进行管控，并采取相应的保护措施，以满足地铁保护相关要求，确保地铁结构及运营安全。
4.1 基坑围护方案
该市政管道项目基坑采用1道混凝土支撑及2道钢支撑作为基坑的支承结构构件，采用1000mm 灌注桩作为基坑围护桩，基坑底部采用 φ48袖阀管注浆，加固深度4m，与隧道拱顶最小净距2.4m。加固深度为坑底下4m 的范围，加固面积约1454m2，采用袖阀管注浆加固，梅花形布置，增加基坑底土体的强度，控制基底隆起和地铁隧道拱顶上浮。
4.2 分层、分块、对称开挖措施
在基坑开挖施工中采用时空扩散效应的理论基础，分层设计、低断面、分区三原则。严格按照基坑开挖分层、分块、对称、限时进行，做到均衡开挖施工支护。分层开挖深度为1m ～ 2m。土方开挖时，先中间拉槽，以减少围护结构暴露时间，控制基坑变形。再快速开挖两侧土体，及时架设支撑，施加预应力。严格控制填挖施工，控制开挖量，不得擅自超挖，现场开挖至最后一层土体时采用人工开挖，减少土体扰动，每块土体开挖完成后，及时浇筑混凝土底板并按设计堆载施压。
4.3 加强基坑内井点降水
基坑开挖前，工作人员需要提前设置降水井，对基坑坑底实施梳干作业，保证基坑坑底水位降低到开挖面1米以下。另外，承压井在实际的降水过程中，应该按照按需降水的原则，结合开挖面的实际高度，使承压水头缓慢下降，从而避免承压降水对周边环境造成过大的影响。在降水工程实际施工中，需要在基坑的周边留置观测孔，用来对地下水位的变化状况进行实时观测。
4.4 加强监测
在基坑边坡及地铁区间隧道内，按设计要求合理布设自动化监测点，随时掌握基坑开挖过程中边坡发生的位移变化及地铁区间隧道结构变形情况，采用信息化手段进行施工过程监管。回填压载备用的土方，应堆在基坑附近且不影响基坑安全的位置，当坑底土体出现隆起或地铁隧道上浮时，立即采用附近存放的土袋进行反压回填，根据监测反馈的数据控制回填装土麻袋的数量，以防超压，进而确保基坑边坡及地铁结构安全。
实际测量表明，由于基坑开挖卸荷，现场施工时间长以及工程施工条件较为复杂，基坑开挖对邻近的地铁隧道和市政工程以外的各种设施的影响要复杂得多。基坑外的地铁隧道结构的变形是由深基坑开挖、地下水升降、基坑围护桩、围护墙的挤压变形等引起的。地铁隧道结构变形与基坑卸荷的大小及基坑空置时间的长短也密切相关。
5 结束语
在地铁安全保护区内进行工程建设，必须考虑施工过程对地铁结构的影响。本项目通过三维有限元方法对紧邻地铁隧道的深基坑开挖施工进行预评估分析，并结合工程实测数据得出以下结论。通过三维有限元计算方法，选取合适的计算参数，一般按最不利的工况进行较全面地预分析深基坑开挖施工对地铁隧道结构的影响。根据预分析的结果，施工过程采取相应保护措施来控制地铁隧道变形，以满足地铁结构变形的要求。紧邻地铁隧道的深大基坑施工，可采取分块、分层开挖措施，采用止水帷幕进行基坑维护，并进行基坑底部土体注浆加固措施，稳定基坑底部因开挖施工隆起影响地铁结构的沉降、收敛等变形。施工过程制定专项地铁保护方案，并派专人进行监管，现场要求严格按照方案进行施工，有效结合现场基坑监测及隧道结构变形监测数据等，进而能更加有效防止地铁结构的变形。
参考文献：
[1]刘士海，刘继尧，贺美德.基坑开挖施工对邻近既有地铁车站影响实测分析[J].岩土锚固工程，2018，000（001）：24-29.
[2]陈甦，孙斌彬，顾凤祥，等.基坑工程施工对邻近地铁结构影响研究现状与展望[J].江苏大学学报（自然科学版），2018（1）：108-114.
[3]郭攀.地铁深基坑施工对既有高架桥的影响及保护探究[J].商品与质量，2018，000（002）：136-137.