地铁安全保护区内地块施工隧道影响分析

摘要：以无锡市邻近地铁3号线某地块项目为例，采用三维有限元方法分析模拟了该地块从基坑开挖到上部结构施工全过程对邻近既有地铁隧道的影响，具有重要的工程意义。

关键词：变形，有限元，区间隧道

1概述

随着经济的发展，多个城市开始大力修建地铁。地铁作为城市的交通大动脉，不可避免地会在其安全保护区范围内进行地块施工，这些施工活动会引起邻近地铁隧道结构产生较大的附加内力和变形，从而影响正常使用。目前，已有许多学者进行了相关研究。陈鲁等［1］以具体工程项目为例，采用三维有限元方法，分析研究了基坑开挖对隧道的影响；韩伟等［2］建立有限元模型研究分析了基坑二次开挖和上部结构对盾构区间的影响；况龙川等［3］结合工程实践，根据隧道检测数据分析了影响隧道的主要因素。基于此，本文以无锡市邻近地铁3号线某地块项目为例，采用三维有限元分析软件Midas⁃NX，对其施工对既有地铁区间隧道的影响进行分析。

2工程概况

拟建地块项目为一栋商业楼，地下设一层车库，并对现有的售楼处进行部分拆除。地下室结构边线与地铁3号线区间隧道结构外边线最小水平净距为12．4m，既有的售楼处为临时建筑，因建筑用途的改变拟变更为商业楼，拟对现状售楼处局部拆除，拆除后售楼处结构边线与地铁3号线区间隧道最小水平净距为10．96m，平面布置见图1。该项目场地现状标高＋3．400m～＋3．800m，基坑开挖深度约5．7m～6．1m，邻近地铁侧局部集水井处基坑局部加深1m，邻近地铁侧围护结构采用ϕ850＠1200mm三轴搅拌桩套打ϕ1000＠1200mm钻孔灌注桩，钻孔桩桩长13．2m，搅拌桩桩长17m，进入⑥⁃1层黏土层2m，基坑围护结构边界与地铁3号线区间隧道结构最小水平净距10．1m，剖面关系如图2所示。本场地勘察深度范围内以浅地基土主要为第四系全新统～中更新统下段沉积地层，参考本项目地勘报告，基底主要位于②层黏土层及③层粉质黏土层中。各土层物理力学性能参数如表1所示。基坑四周布置有封闭的三轴搅拌桩止水，桩体进入⑥层粉质粘土层2m，可形成封闭的止水帷幕，基坑开挖施工对周边地下水位影响较小。

3计算分析

3．1有限元模型建立

结合项目场地及周边环境条件，考虑消除边界效应的影响，计算模型X方向宽185m，Y方向184m，Z方向40m。有限元模型如图3所示，模型中土层采用修正摩尔库仑本构模型。地面荷载均以20kPa超载形式考虑，上部结构按15kPa每层考虑。模型参数如表2所示。本次计算按地块项目后行施工，地铁结构先行施工考虑。模拟过程共分为7个计算步骤，分别为：初始工况、位移清零、售楼处拆除、围护桩施工、基坑开挖到底、地下室结构施工和上部结构加载。

3．2计算结果

采用Midas⁃NX有限元软件进行三维分析计算，计算结果如表3所示。拆除既有售楼处为卸载影响，区间隧道最大竖向位移为0．7mm，最大水平位移为0．255mm；围护桩施工导致区间隧道产生少量的沉降量，施工完成后隧道最大沉降量为－0．965mm，最大水平位移为－0．492mm；基坑开挖后导致局部地层产生卸载回弹，邻近左线隧道受基坑开挖影响较大，最大上浮量达到2．062mm，最大水平位移达到3．529mm，隧道最大水平收敛为1．19mm，隧道最小变形曲率半径为170198m，轨道10m差异沉降量为0．946mm，满足地铁变形控制指标。结构回筑后由于场地内荷载的增加，地铁结构上浮状态得到一定程度的改善，区间隧道上浮量为1．45mm，最大水平位移为2．889mm；上部商业楼施工后，区间隧道最终沉降量为1．111mm，最大水平位移为1．197mm，隧道最大水平收敛为0．89mm，轨道10m差异沉降量为0．857mm，变形曲率半径为177483m，满足地铁变形控制指标［5］。从计算结果可知，区间隧道在整个施工周期内产生的最大竖向位移为2．062mm，最大水平位移为3．529mm，经复核隧道变形及轨道平顺度可满足地铁结构变形控制指标。

4结论

基于三维有限元分析方法，本文分析了地铁安全保护区内地块施工对邻近地铁隧道的影响。1）地块内基坑开挖后导致局部地层产生卸载回弹，邻近的线隧道受基坑开挖影响较大。大面积深基坑施工时，建议考虑分区施工。2）地面结构的加载致周边地层产生一定的沉降量，对隧道10m弦长不均匀沉降和曲率半径影响较大。地铁安全保护区内高层结构施工中应采取有效措施减少工后沉降。3）根据计算结果，隧道变形及轨道平顺度可满足地铁结构变形要求。在工程实施前，利用三维有限元分析地铁保护区内实施项目对地铁隧道的影响，对后期设计方案的调整具有指导意义。

参考文献：

［1］陈鲁，周莹，程智伟．深大基坑施工对邻近地铁结构的安全性影响分析［J］．铁道设计标准，2015（5）：130⁃132．

［2］韩伟，王余鹏．基坑开挖对既有地铁区间隧道影响研究［J］．福建建筑，2020（7）：80⁃87．

［3］况龙川．深基坑施工对地铁隧道的影响［J］．岩土工程学报，2000（5）：284⁃288．

［4］JGJ120—2012，建筑基坑支护技术规程［S］．

［5］CJJ／T202—2013，城市轨道交通结构安全保护技术规范［S］．

作者：范佳俊 单位：无锡市轨道建设设计咨询有限公司