外部项目施工影响下地铁隧道理论与实际变形量的对比分析

胡祥琳

（广州轨道交通建设监理有限公司 广东广州 510330）

1 引言

随着广州地铁不断发展，越来越多的地铁线路建成并投入运营，既有地铁结构受邻近外部项目施工的影响现象不断增加，控制外部项目施工对地铁隧道的影响成为越来越重要的工作。列举两个已完成的外部项目工程，对比其三维理论变形计算与实际变形量的异同点，分析相关因素，供同行们借鉴。

2 外部项目典型案例分析

2.1 广州某商业大厦项目

2.1.1 项目信息

该项目位于广州市中山六路某地块，该基坑开挖深度为15.0～15.5m，采用地下连续墙+两道钢筋混凝土内支撑支护体系，邻近地铁一侧的地下连续墙为1m厚。基坑外及基坑内第二道支撑以下3m范围内施作φ550＠400格栅式搅拌桩，以加固土体、防止地下连墙壁坍塌及控制基坑位移。

2.1.2 与地铁关系

地铁一号线区间盾构隧道位于该项目南侧，与该项目南侧基坑边线基本平行。基坑边线与地铁隧道结构外边的水平距离约为11.5m，地铁隧道顶面覆土厚度约为8.4m，隧道周边地层主要为粉质粘土和全风化岩。

2.1.3 三维数值理论计算模型

第三方评估单位采用MIDAS-GTS三维有限元软件对深基坑开挖进行动态施工模型分析。考虑岩土体为半无限体，模型以外不在考虑变形。因此对模型底部约束Z方向位移，模型前后面约束Y方向位移，左右面约束X方向位移（X轴沿隧道纵方向，Y轴为隧道径向方向，Z轴沿铅垂方向，下同）。模型顶面考虑20kN/m2地面活动荷载。

2.1.4 计算结果（见表1）

图1 基坑支护结构与地铁隧道的有限元三维等轴侧视图

表1 广州某商业大厦项目理论计算结果（单位：mm）

2.1.5 实际变形量

整个基坑施工过程中，隧道变形较小，左线：X轴最大位移量为-0.8mm；Y轴最大位移量为0.9mm。右线：X轴最大位移量为-0.8mm；Y轴最大位移量为0.9mm。各点沉降变形缓慢，左线最大沉降量为1.0mm；右线最大沉降量为1.0mm。

2.2 广州某商业中心二期基坑工程

2.2.1 项目信息

广州某商业中心二期项目位于广州市白云区新城地区。该基坑周长约650m，开挖深度为19.85m，西侧采用桩锚支护，东北侧、东南侧采用1m厚地下连续墙+四道钢筋混凝土内支撑支护，采用中心岛式开挖，放坡水平长度约为48m，高度约为19m，按三级放坡，分四阶段削坡架设内支撑，上三道为钢筋混凝土内支撑，最下层为钢管斜支撑。

2.2.2 与地铁关系

基坑东北角有地铁二号线白云公园站，东侧为地铁明挖隧道，基坑边线与地铁隧道基本平行。基坑边线与地铁隧道结构外边下的水平距离约为8.8m，地铁隧道顶面覆土后到约为3.0m。地铁结构底板底整体高于基坑底约9.5m，结构下方存在较厚的可压缩土层，容易受外界条件影响产生不均匀沉降或位移，场地的岩溶、土洞比较发育。

2.2.3 三维数值理论计算模型

第三方评估单位采用FLAC三维有限差分方法进行基坑施工对紧邻地铁结构影响数值模拟分析，建立了一期和二期基坑、邻近地铁二号线区间隧道、白云公园站车站主体、1～6号风亭、1号出入口结构及周边土体分布的三维数值模型并划分了有限元网格（本文只针对隧道进行描述分析）。

2.2.4 计算结果

图2 三维有限差分法分析整体模型

表2 广州某商业中心二期基坑工程理论计算结果（单位：mm）

2.2.5 实际变形量

该基坑施工过程中，隧道发生的最大沉降为20.36mm，单点累计最大沉降为32.73mm，对地铁安全运营造成巨大威胁。

3 总结分析

以上列举了两个广州地区的工程项目对相邻地铁区间隧道影响的具体案例，通过描述每个案例的三维数值理论模拟计算，并将理论计算结果与实测隧道变形量进行对比，结合多年的地铁保护工作经验，针对三维数值理论计算与实际情况进行总结分析，列出以下观点：

（1）目前，针对外部项目施工影响地铁隧道的三维数值理论模拟的计算存在一点较大的不足：数值分析计算的模型是理想化的，其模型是建立在地铁隧道结构完整无损的基础之上。然而地铁隧道自施工完成后受到围岩应力、地下水位变化、运营震动等因素影响，存在一定的应力集中或者部分隧道破损情况，相邻工程的施工势必会打破地层与地铁隧道之间的应力平衡，对隧道的损害可能会产生叠加效应。故而建议在做外部项目对地铁隧道结构产生影响的理论计算之前，应对地铁隧道结构进行普查，获取隧道现状相关数据，从而建立尽可能与实际情况相符的理论数值模型。

（2）数值分析条件与现场情况（如地质的变化、实际施工方法与施工工艺、施工质量等）有一定的出入，导致模拟的结果与实际的情况存在一定程度的差别。因此，在数值分析建立模型时，须结合现场，尽量考虑实际施工情况，做最合理的分析。

（3）外部工程实际施工过程中，围护结构并不能完全阻止水的渗漏和流失，坑内降水后，会使得坑内外产生水力梯度，导致土中水分流动，然后带土体颗粒，进而产生对土体的压缩，且土体中的空隙水压力的重新分布，也会对地铁隧道的变形有一定程度的影响。因此，在地铁保护工作中，对项目的巡查应重点关注基坑止水、排水问题，提高对水位变化的警觉性，及时遏制不良情况的发生。

（4）外部工程施工过程中，施工单位不按图施工、违规施工等行为，使得数值分析完全偏离了实际情况，从而导致模拟的结果与实际的情况存在较大程度的差别，严重地威胁地铁结构安全。所以，对外部项目的现场管控，排除人为因素导致隧道的破坏，是地铁保护重要工作之一。

（5）值得注意的是，数值分析过程中不考虑变形的时空效应，然而地层变化具有时空效应，外部项目对地铁隧道的影响传递过程一般为：基坑→基坑周围地层→地铁隧道周围土层（围岩）→隧道管片→道床。而目前对地铁隧道变形监测对象是隧道管片内部结构和道床，以至于监测数据对危险预测存在滞后性。因此，今后地铁保护工作中，应将数值分析和隧道监测更加有机地结合分析。

4 结语

深基坑施工过程中卸土会使得周围土层应力状态发生改变，而土层介质材料的复杂性、不确定性，以至于实际施工过程中某些施工工序都会导致围护结构或者土层内部发生应力变化；也正是因为土层介质材料的复杂性、不确定性，工程勘探尚无法准确得知土层信息，给三维数值理论计算的模型建立提供并非完全符合实际情况的土层信息参数，以至于理论计算存在一定范围的误差。

[1]《建筑基坑支护规程》（CJJ/T202-2013）[S].2013.

[2]郑刚，李志伟.不同维护结构变形形式的基坑开挖对邻近建筑物的影响对比分析[J].岩土工程学报，2012，34（6）：969～977.

[3]刘庭金.深基坑施工对地铁盾构隧道的影响分析[J].现代隧道技术，2008（增刊 1）.