基坑開挖影響區(qū)內(nèi)既有隧道結(jié)構(gòu)安全評估實用計算方法

1、（1中國鐵路設(shè)計集團有限公司 天津 300251；2天津濱海新區(qū)軌道交通投資發(fā)展有限公司 天津 300467）摘要：隨著地下空間的大規(guī)模開發(fā)，基坑鄰近既有地下工程施工越來越多。地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)基坑開完對既有地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、防水等均會造成較大影響，為保證地鐵的正常使用和運營，需要進行安全性影響評價。本文以某軟土地區(qū)基坑工程緊鄰既有地下隧道施工隨著我國城市建設(shè)進程的加速、地下空間的開發(fā)利用，基坑臨近地下隧道沿線施工越來越多。針對這一問題，許多學(xué)者做了相關(guān)研究。鄒偉彪1基于有限元模擬和現(xiàn)場監(jiān)測方法，分析了基坑開挖對臨近運營地鐵隧道的影響規(guī)律；程斌2以上海地鐵2號線基坑工程實際為背景，分析和總結(jié)了

2、現(xiàn)有的一些有效治理措施和解決方案；馮龍飛3通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，探討了支護設(shè)計、施工方案對地鐵隧道變形監(jiān)測結(jié)果的影響；沈雯4結(jié)合上海某基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結(jié)來了區(qū)間隧道隨基坑開挖變形規(guī)律，并對產(chǎn)生原因進行分析；戚科駿5分析了基坑底部的加固深度和開挖過程中的時間因素對隧道最終變形的影響；王衛(wèi)東6基于上海地區(qū)大量的工程實測數(shù)據(jù)，經(jīng)分析推導(dǎo)得到基坑開挖引起鄰近既有建筑附加變形的計算方法。上述文獻研究了臨近基坑開挖對地下結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律及相應(yīng)加固措施，但對既有地下結(jié)構(gòu)影響后的安全性能研究較少，本文結(jié)合某基坑工程實例，提出了影響后隧道結(jié)構(gòu)安全性評估方法，對類似工程具有一定的參考價值。某軟土地區(qū)基坑工程臨近某高鐵盾

3、構(gòu)隧道，該高鐵盾構(gòu)隧道內(nèi)徑采用直徑的盾構(gòu)掘進，盾構(gòu)管片內(nèi)徑10.6m，外徑，管片厚度50cm，預(yù)制管片采用C50鋼筋混凝土，環(huán)寬1.8m，管片采用“6+2+1”模式，即一塊封頂塊，兩塊鄰近塊，6塊標(biāo)準(zhǔn)塊，管片采用直螺栓基坑開挖面積21535m2，整體開挖深度9.1m?；臃譃锳、B兩個施工分區(qū)，A區(qū)基坑距離隧道較遠，先期施做，B區(qū)基坑臨近高鐵隧道，A區(qū)主體完成后施做?；硬捎勉@孔灌注樁+止水帷幕+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式，鉆孔樁灌注樁8001000，混凝土強度等級C25。基坑B區(qū)北面?zhèn)缺谂c某高鐵盾構(gòu)隧道近似平行，對應(yīng)隧道設(shè)計里程為DK1+812.0DK2+021.9?；觾?nèi)邊界距高鐵隧道結(jié)構(gòu)外緣平面距離

4、約為13.93m20.07m，二者相對位置平面關(guān)系如圖 2.2所示。由于基坑位于高鐵隧道安全保護區(qū)內(nèi)，采用以下措施以減少基坑開挖對隧道的采用全站儀進行自動化測量，對隧道的收斂變形及結(jié)構(gòu)的水平、垂直位移進行監(jiān)測，每個斷面設(shè)4個監(jiān)測點，共計布設(shè)斷面22個。（2）隧道道床水平及垂直位移監(jiān)測點布設(shè)每一個監(jiān)測斷面分別在左、右線的道床上各布設(shè)1個監(jiān)測點，與隧道結(jié)構(gòu)收斂監(jiān)測點位于同一里程，同一斷面上，共計布設(shè)斷面22個。監(jiān)測斷面測點布置如圖3.1所示。對管片結(jié)構(gòu)進行承載能力極限狀態(tài)驗算，從強度角度，判定盾構(gòu)管片是否能夠承受當(dāng)前所受的內(nèi)力。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)計算和力學(xué)計算的相關(guān)理論，隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力應(yīng)由以下三部分構(gòu)成

5、：（1）水土壓力作用下管片計算內(nèi)力隧道軸線中心點水平累計位移曲線分布如圖4.2所示，最大水平位移為3.561mm，位于斷面1921。將位移曲線以斷面1921為界分為兩段曲線進行擬合，如圖4.3（a）、4.3（b）所示。圖4.3 隧道軸線中心點水平位移由于隧道結(jié)構(gòu)與地基結(jié)合緊密，二者連續(xù)接觸，隧道所受地基反力連續(xù)分布，隧道與地基變形符合連續(xù)條件，所以可將隧道區(qū)間簡化成力學(xué)模型，將隧道結(jié)構(gòu)等效為彈性地基梁，水平位移等效為彈性地基梁撓度，進而求算其彎矩分布進行檢算。將擬合曲線帶入上式計算，縱向附加彎矩最大值為12.12 kN?m。環(huán)間縱向螺栓在附加拉力作用下產(chǎn)生的附加變形可按下式計算：根據(jù)4.3節(jié)分

6、析及螺栓變形與接縫張開量的幾何關(guān)系可得，當(dāng)外側(cè)產(chǎn)生彎矩，螺栓總拉伸0.67mm，則管片拼縫處總張開量為0.56mm，其中位移引起的張開量為0.32mm；當(dāng)內(nèi)側(cè)產(chǎn)生彎矩時，螺栓拉伸0.65mm，則管片拼縫處總張開量為0.53mm，位移引起的張開量為從管片防水角度考慮，管片彈性密封墊防水控制標(biāo)準(zhǔn)為接縫張開不超過6mm，錯臺不超過10mm。經(jīng)檢算，縱向管片最大間隙為0.56mm6mm，滿足控制標(biāo)準(zhǔn)要求。將隧道區(qū)間簡化成力學(xué)模型，隧道區(qū)間等效為梁，豎向位移等效為撓度，進而反推出彎矩，即為軌下結(jié)構(gòu)板的縱向彎矩。模型按照兩端固接計算，長度取基坑與津秦高鐵海河隧道并行的長度，220m，則L1=220m。本文

7、以實際工程為依托，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析研究，提出了受影響隧道安全性能檢算實用計算方法，主要結(jié)論如下：（1）基坑開挖對隧道空間形態(tài)、管片受力、螺栓強度、接縫變形等均會產(chǎn)生一定的影響，基坑開挖卸載會引起隧道產(chǎn)生向基坑的水平位移，基坑中部位置隧道水平位移最大。（2）管片內(nèi)力由水土壓力下計算內(nèi)力、拼裝誤差引起的附加內(nèi)力以及收斂變形引起的附加內(nèi)力三部分構(gòu)成。（3）將地下隧道等效為彈性地基梁，可由隧道位移反推結(jié)構(gòu)縱向附加內(nèi)力，進而計算縱向螺栓附加軸力、環(huán)間接縫張開量，檢算管片防水性能。參考文獻：1鄒偉彪,張冬梅,蔡雄威.基坑開挖對鄰近地鐵變形的實時監(jiān)測與數(shù)值分析J.地下空間與工程學(xué)報,2012,8(S2):1728-1731