武汉理工大学
【摘要】随着我国现代化建设的高速发展，各种高楼大厦林立而起。通常越高大的建筑物，其所需开挖的基坑也越大越深。基坑施工不可避免地可能会在既有盾构隧道附近进行施工，从而涌现出大量的岩土工程新问题。目前，绝大多数的学者将研究主要集中在不考虑地下水位变化的情况下，基坑开挖对临近隧道的影响，这与实际工程情况有一定的差异。因此，在考虑地下水位变化的前提下，分析临近深基坑的地铁盾构的受力变形具有重要的意义和作用。
【关键词】地下水位下降；深基坑施工；盾构隧道；变形分析
1 地下水位下降及深基坑施工对隧道的影响机理
1.1 地下水位下降对隧道的影响
深基坑开挖前，往往会先进行地下水排水。水会沿着土体中的孔隙或裂隙通道从高水位处流向低水位处，土的有效应力和渗透性会随之增大，土中的细小颗粒被不断冲出，出现渗流压密现象。局部土体发生移动，土的自重应力增大，基坑周围土体出现应力重分布现象，从而使岩土体变形甚至失衡。
根据温格尔弹性地基梁模型，由降水引起的地下隧道受到的附加荷载为：
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由上式子可知，地下水位的下降对盾构隧道的影响主要与隧道所处土层的基床系数和盾构隧道的半径有关。
1.2 深基坑施工时地面堆载对隧道的影响
在基坑开挖的过程中，由于挖出的土体转移不及时，或者建筑材料及大型设备的堆放，常会出现地铁上方发生推载现象。
目前，一种较为先进的计算地堆载使地铁盾构产生纵向变形的解析解是将盾构隧道简化为放置于Pasternak地基上的Timoskenko梁（简称T－P模型）。该模型的计算方法如下：
首先依据Boussinesq公式可以计算得地表存在堆载时，盾构隧道上某点受到的附加应力为：
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在式子中，Ω表示地面堆积荷载区域，P表示堆积荷载，R表示控制隧道与堆积荷载相对位置的参数。
由Timoskenko理论求得梁的公式为：
同时还可求得盾构隧道的弯矩和剪力值：
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由上式可知，地面堆载引起隧道产生沉降的因素主要与地面堆积荷载大小有关，此外，隧道的变形量还与堆载位置、堆载面积有关。
2工程实例
2.1 基坑隧道工程概况
本文以武汉市某一基坑工程项目为研究分析对象，基坑开挖深度10.5m，整个基坑周长332m，面积6768m2。由于该基坑临近地铁。基坑距离地铁的最近距离为26.5 m。
运用FLAC3D建立模型分析隧道在地下水位下降和深基坑开挖两种工况下的变形情况，基坑的尺寸为94m长、72m宽，基坑与隧道的最近距离为26.5m。为便于建模分析，临近地铁处基坑开挖深度取值为10m。
2.2地下水水位变化及基坑开挖对隧道影响对比分析
本节对地下水位下降、排水后基坑开挖、基坑外不排水开挖三种工况下隧道变形进行分析。考率到地下水位下降和基坑开挖所在的地质条件相同，分析对比的结果将更能说明地下水位下降和基坑开挖对周边环境的影响。
（1）地铁隧道沉降
为更好对比隧道沉降量受地下水位下降和基坑开挖的影响，取模型中隧道中间部位拱顶的沉降变形值，将数据进行归纳整理，得到隧道拱顶沉降量随地下水位下降和基坑开挖的变化如图所示：
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图1隧道拱顶沉降变化图
对比三条沉降曲线可发现，地下水位下降对隧道沉降的影响大致是稳定的，隧道拱顶的沉降量随地下水位的下降在不断增大；而基坑开挖对隧道的影响是“先小后大”，隧道拱顶的沉降量变化是“先慢后快”。当地下水位下降10m时隧道拱顶产生的沉降量是基坑开挖10m时的2.12倍，是基坑外不排水开挖10.5m时的4.98倍。整体上来说，地下水水位下降对隧道沉降的影响远大于基坑开挖对隧道沉降的影响。
（2）地铁隧道水平位移
将模型中三种工况下隧道中间部位拱顶的水平位移量归纳整理，得到隧道拱顶水平位移量随地下水位下降和基坑开挖的变化如图4所示：
图2隧道拱顶水平位移变化图
从图2可以看出，在对隧道水平向位移的影响上，基坑开挖的影响要远大于地下水位下降的影响。
从图1和图2可以发现，地下水位下降主要使隧道产生沉降，隧道因排水而产生的水平位移很小，可以忽略不计。当地下水位下降超过8m时，隧道的沉降量超过5mm。相对于隧道拱顶沉降2.96mm，基坑开挖主要使侧边临近隧道产生水平位移，隧道的沉降相对来说较小。
3结论
采用FLAC3D软件模拟分析了隧道和土体在地下水位下降和基坑开挖下的变形，得到如下结论：
（1）地下水位下降时隧道的沉降量要远大于基坑开挖时隧道的沉降量；与基坑外不排水直接进行基坑开挖相比，排水后再进行基坑开挖对周边环境的影响也要更大；
（2）建议在基坑施工前采用CSM工法水泥土搅拌墙止水帷幕来阻断地下水流向基坑，以防止隧道所在处地下水位下降，或采用地铁隧道加固技术对隧道周边土体进行加固处理，以防止隧道出现较大变形。
参考文献
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