天津市市政工程设计研究院 纪懿明 300051
摘要：在软弱土地基中进行超大面积深基坑施工时，易引发对周边环境的影响。地铁隧道结构作为一种柔性结构，受环境的影响非常明显，周边环境的变形会直接在隧道结构上体现出来，造成隧道结构变形与不均匀变形，影响地铁交通系统正常使用。基坑开挖之所以会导致邻近的隧道产生附加应力与变形，是因为开挖卸荷使坑内软弱土地基产生扰动，扰动后地基土的强度降低、变形性增大，周围土体原有的应力平衡被打破，进而产生应力重分布。文中以实际工程为案例，探究深基坑施工给邻近既有隧道带来的影响
关键词：深基坑施工；既有隧道工程；地铁施工
1项目概况
某市地铁某条线路车站为地下六层28m宽岛式站台车站，全长278.035m，标准段宽为38.9m，总建筑面积44804m2，标准段基坑开挖深度约为43m，开挖宽度为38.9mn。车站分七个阶段施工，其中第三阶段施工区域B区（6层，长69.05m，宽21.6m，深43m）位于火车站站南侧，拟采用明挖法施工，围护结构直径1.2m@1.4m旋挖灌注桩及直径0.6m@1.4m旋喷桩止水帷幕加钢筋混凝土内支撑。基坑侧穿既有地铁5号线区间隧道，最小净距为3.75m。
2基坑开挖对既有隧道的影响及控制标准分析
基坑周边既有建构筑物、管线通过以上三种变形而受到间接影响影响基坑施工对环境影响的主要因素主要包括：（1）基坑施工规模。基坑施工规模主要指代基坑开挖深度、基坑尺寸和面积。通常情况下，基坑引发的环境效应与基坑规模正相关。基坑开挖深度、基坑尺寸、面积越大，基坑施工对环境的影响越剧烈，表现为地表沉降的变大、围护结构变形的增加，坑底隆起量的增大；（2）围护结构形式及规模.基坑施工引发的地表沉降往往与围护结构形式密切相关，围护结构刚度越大、底端如土深度越深，抵抗变形的能力越强，整体稳定性和抗倾覆稳定性也越强；（3）水文及地质状况。基坑开挖卸荷后围护结构所受土压力根本取决于水文及地质状况。地下水位越高，地质状况越差，基坑开挖后围护结构变形越大、地表沉降越大，周围环境受应也越大；（4）基坑施工方案合理性。开挖前是否采取了有效的降水措施，是否采用分部开挖，内支撑设置是否及时、可靠，开挖时是否超挖等施工方案的细节都对基坑的变形有较大影响。合理有效的降水措施能减小围护结构所受土压力，还能通过排水提高土体密实度，提高土体骨架有效应力，增大土体强度；合理的分部开挖方案能降低开挖对土体的扰动，减小因开挖导致的土体变形；及时可靠的内支撑则能减小围护结构变形，甚至对围护结构变形模式有一定影响；超挖则会加大开挖造成的扰动，增大土体及围护结构变形；（5）周边超载。基坑周边超载会影响地表沉降和围护结构变形，超载过大或导致围护结构墙后土体产生较大变形，导致地表产生较大沉降，围护结构变形增大，影响到周边既有建构筑物。基坑开挖以后，根据基坑开挖深度、围护结构刚度、支撑是否及时等因素围护结构的变形可分为三种情况：悬臂式变形、抛物线式变形、组合式变形。当基坑开挖深度不深，支撑刚度较小或未及时设置支撑导致施工初期即出现较大围护体变形时易出现这种变形，此时围护结构最大变形出现在顶部，变形随深度的增加而减小；当基坑开挖深度较大，且内支撑具有一定刚度情况下，围护结构可能出现鼓肚式变形，最大变形出现在围护结构下侧约1/3位置处；组合式变形则介于鼓肚式和悬臂式变形之间[1]。基坑周边地表沉降变形形式包括：三角形式、凹槽形、梯形等几种。且周边沉降形式与围护结构变形形式有一定的关系。通常当围护结构变形形状为悬臂式时，地表常发生三角形式变形；围护结构变形形状为鼓肚形时，地表变形常表现为凹槽形；围护结构为组合形状时，地表变形常表现为梯形。
在基坑施工中应严格控制开挖引起的地表变形、既有隧道变形、围护结构变形。基坑的变形量控制标准与基坑变形控制保护等级密切相关。在基坑工程手册中对地铁隧道容许变形量规定为：结构最大位移不能超过20mm，隧道变形曲率半径不应大于15000m，相对弯曲不应超过1/2500。结合附近已有相关工程状况和相关规范，本工程制定了如下变形控制标准：（1）地面最大沉降量≤0.15%H=0.15%×43m=64.5mm，且≤30mm，即本工程中地表最大沉降应≤30mm；（2）围护结构最大水平位移≤0.25%H=0.25%×43m，且≤30mm，即本工程中围护结构最大水平位移应≤30mm；（3）既有隧道结构最大位移≤20mm。
3基坑围护措施
3.1围护设计措施
1）基坑平面长边尺寸近390m，基坑施工对围护结构变形影响大。解决方案为：分坑分块施工，将基坑工程划大为小，充分实现基坑的空间效应。沿盾构隧道一侧利用工法桩分隔墙设置小基坑。基坑靠盾构隧道一侧基坑尺寸缩小后，可大大提高土方开挖、支撑以及主体结构的施工速度，基坑的空间效应和实效性大大提高，有利于基坑围护结构的变形控制。2）地铁线一侧止水降水控制。解决方案为：考虑含水层深厚（接近30m），基坑施工周期长，沿地铁盾构隧道一侧60m范围内均采用可靠的TRD工法止水帷幕，帷幕底进入相对隔水层（⑤粉质黏土层），避免降水对盾构隧道的不利影响[2]。同时地铁盾构侧严禁坑外降水。3）地铁线一侧围护结构变形控制。解决方案为：沿盾构隧道一侧，围护边线距离结构墙300mm，该范围采用大直径钻孔灌注桩，保证了围护结构控制变形所需的刚度；底板垫层设置配筋垫层，利用时间效应可在坑底位置短期形成有效的支撑，进一步减少变形。
3.2施工保护措施
1）沿盾构隧道一侧的围护结构施工保护措施。沿盾构隧道一侧的围护结构施工之前，应设置测斜管等监测点，实施监控围护结构施工对地铁的影响，并动态调整施工方案。该侧需控制围护结构施工速度。重视TRD及围护桩成桩过程对地铁盾构隧道的影响，帷幕及钻孔桩施工采取防坍孔措施，严格控制水泥土及泥浆的相对密度，避免桩成孔施工过程中对地铁隧道造成不利影响[3]。2）沿盾构隧道一侧的土方开挖保护措施。邻近地铁盾构隧道小基坑的每层挖土深度不得超过1.5m。小基坑的土方应间隔跳挖施工，每块间隔长度不得大于20m。开挖至坑底后，应在12h内完成垫层施工。大基坑距离盾构隧道最近范围（50m保护范围内）的基坑土方开挖时，施工单位仍应发挥基坑的时空效应，划大为小。基坑开挖到底后，应及时施工混凝土垫层[4]。3）沿盾构隧道一侧的围护结构拆除保护措施。围护桩与地下室外墙侧壁之间应采用素混凝土回填密实，支撑拆除时应采用振动较小的静力切割方法进行。
结论：
本文以某市地铁车站基坑工程为依托，在基坑开挖对既有隧道的影响及控制标准的基础上，研究各项指标满足本工程控制标准要求，使施工安全能得到保障。
参考文献：
[1]李明,王龙,朱玉超,吕飞,焦阳,刘鹏,易领兵.软土地区深基坑施工对邻近地铁隧道的影响研究[J].施工技术,2019,48(S1):673-677.
[2]吕高乐,易领兵,杜明芳,李帅兵.软土地区双侧深基坑施工对邻近地铁车站及盾构隧道变形影响的分析[J].地质力学学报,2018,24(05):682-691.
[3]宋晓凤,姚爱军,张剑涛,闫旭丽,郭彦非.深基坑开挖对邻近既有地铁隧道及轨道结构的影响研究[J].施工技术,2018,47(05):122-127.
[4]曾昆,蔡海兵,石磊.基坑施工对邻近既有地铁盾构隧道的影响分析[J].低温建筑技术,2018,40(01):117-121.