深基坑施工引发地铁隧道变形的控制策略探究

【摘要】近年来深基开挖的工程日益增多，与周围建筑的水平距离不断缩小，由此可能引发地铁隧道及附属结构的变形开裂而产生结构安全事故，如杭州地铁湘湖站临近深基坑在开挖中因没有按时对垫层进行浇筑、施工方支护结构存在缺陷且设置支撑架时间较晚、勘测方给出的土体力学参数不符合力学理论等因素而出现大范围坍塌，导致数十人伤亡。如何从深基坑开挖引发地铁隧道变形的特征出发，研究并分析控制地铁隧道变形的合理措施，实现深基坑开挖的高效施工并同时兼顾地铁隧道的正常运营，已经成为亟待解决的重要课题。

【关键词】深基坑;地铁隧道;变形;控制策略

1、深基坑施工对临近地铁隧道变形的特征及影响因素

深基坑施工对临近地铁隧道变形的特征可总结为如下两点：当深基坑位于隧道上方时，土体产生回弹后隧道也随之出现隆起现象且类似于正态曲线分布，下卧隧道的最大隆起处和深基坑的施工中心相近且逐渐向两侧扩展，到达围护结构时隆起值缩小，远离后隆起稍微增大;当深基坑位于隧道一侧时，隧道横断面的变形往往呈现“横鸭蛋形”，并出现斜向坑底的位移。

研究表明，深基坑施工对地铁隧道水平位移影响的大小因素为：基坑与隧道的高差>隧道与基坑的水平净距>内支撑的断面积>地连墙的弹性模量;深基坑施工对地铁隧道竖向位移影响的大小因素为：隧道与基坑的水平净距>基坑与隧道的高差>内支撑的断面积>地连墙的弹性模量。

2、深基坑施工引发地铁隧道变形的控制策略

2.1 外部增强加固措施

从表1中所列的案例可以看出，充分利用深基坑开挖的时空效应，采用分层、分区、分块开挖现结合、设置相应抑制坑底土体回弹的措施，能够有效控制深基坑施工引发的地铁隧道变形。

第一，拉槽开挖+土体加固。如开挖深度为4.5～19.7m的广州南站区域地下空间及市政配套设施工程项目基坑与周边隧道（7号线）存在着敏感的相邻位置关系，基坑围护结构主要采用地连墙或钻孔灌注桩+混凝土内支撑的支护方式，7号线正上方基坑采用重力式挡土墙及放坡的支护形式。基坑开挖时，左线隧道已经施工完成，右线正在推进，为确保基坑开挖阶段地铁隧道的安全，对7号线右线进行预加固，对左线地层实施后加固，加固采用?600@450密排式搅拌桩加固，水泥掺量为20%，加固体28天强度在0.8Mpa以上。采用如上土体加固措施后，隧道上隆最大位移减少了62.4%，将隧道竖向位移控制在允许值范围内。

第二，抽条开挖+板锚（桩）支护。如广州天河东路下穿隧道基坑工程的开挖深度为7.34m，经过运营的3号线左、右线上方，基坑南北两侧采用?1200mm钻孔灌注桩，桩间采用高压旋喷桩止水。沿东西方向人工抽条放坡开挖坡率为1：1.5，挂网采用?6@30×30mm的钢筋网片，钢筋网经过垂直坡度面的?16钢筋锚杆固定。开挖至标高后及时安装板锚支护以约束土体，控制地铁隧道的隆起位移。采用如上土体加固措施后，既有地铁隧道竖向位移最大值约为2.5mm，水平位移为0.7mm。

2.2 隧道结构加固措施

第一，隧道周边注浆加固。对隧道周边土体进行注浆，增大隧道周边土体的强度和刚度，提高土层地基基床系数，改善隧道结构与周围土体的接触特性，从而增大隧道的纵向刚度。如有研究表明，当隧道周边砂层加固体水灰比为0.6时，深基坑开挖引起的隧道竖向位移减小9.9mm，减小了28.1%;當隧道周边砂层加固体水灰比为1.2时，深基坑开挖引起的隧道竖向位移减小5.2mm，减小了14.8%。

第二，隧道管片加固。内贴钢板加固法是在隧道内侧粘贴钢板，利用钢板和管片间填充高粘结能力、高强度的胶结材料及膨胀螺栓，使钢板和管片成为整体以提高结构刚度，抵抗结构变形。如有研究表明，当隧道内侧加固钢板厚度为20mm时，深基坑开挖引起的隧道竖向位移减小9.5mm，减小了27.0%;当隧道内侧加固钢板厚度为50mm时，深基坑开挖引起的隧道竖向位移减小13.3mm，减小了37.8%。

2.3 施工过程监测

自动化监测技术可以实时动态掌握深基坑开挖引起的地铁隧道变形，以便采取针对性预防措施，及时消除影响地铁隧道安全的隐患，切实做到动态施工。监控中心服务器统一管理多台功控计算机，每台计算机通过供电与通讯系统控制一台自动全站仪，自动全站仪能自动搜索、跟踪、识别和精确照准目标，获取距离、角度、坐标和影像等信息，自动完成对监测断面的变形观测。

在布置及使用自动化监测系统时，需要遵循如下原则：以地铁隧道结构安全监测为主，选取反映地铁隧道结构整体或局部变形和重要结构部位设置监测点，布置监测仪器设备，构建监测系统（施工期间，监测系统对地铁隧道结构在水平方向及垂直沉降方向的变形变位值进行自动测量）;监测系统同时配备专业系统维护人员及监测工程技术人员，以确保系统正常运行和及时提供信息;监测精度必须控制到位，水平位移、变形及沉降监测需要满足二级变形测量的精度要求（优于1mm精度），每一个监测点每次测量不少于2测回，监测频率根据基坑施工深度确定，根据施工对地铁隧道的影响减小或增加频度;当监测到地铁隧道结构突然发生较大量的变形和不均匀变形，立即通知监理、施工及设计等单位，加密监测周期，采取措施防止地铁隧道变形破坏。

结语：

深基坑开挖势必会引起周围土体和地铁隧道的位移变形，因此在实际工程中，要事先做好变形预测，尽量使施工荷载远离隧道并控制隧道与基坑的高差，规范好地铁的最小覆土深度。

参考文献：

[1]侍虎.浅谈深基坑开挖对临近地铁隧道影响[J].中国科技纵横，2019，000（008）：109-110.

[2]刘探梅，李玎.基坑开挖引起下部地铁隧道变形的有效控制分析[J].工程技术研究，2019（9）：36-36.

作者简介：

芮开虎（1986.04.30），男，大学本科，江苏南京，工程师，研究方向为岩土工程。