软土地基长条形基坑施工对既有邻近隧道的变形影响
黄 迅，史 吏，金 磊，王 哲
（１．同济大学 地下建筑与工程系，上海 ２０００００；２．浙江工业大学 岩土工程研究所，浙江 杭州 ３１００２３）
随着我国城镇化的发展，各大城市正在大规模地推进地铁建设，以缓解地面交通压力。城市空间有限，后续工程建设会不可避免地近接既有盾构地铁隧道，例如我国上海、南京等地均有对临近既有隧道进行基坑开挖的工程报道。临近基坑围护结构施工和后续土方开挖，会改变地铁盾构隧道的既有应力场，进而盾构隧道产生上浮、轨面不平顺等整体变形以及管片接缝变形、渗水等局部变形问题，严重影响地铁的安全运营。因而，有必要针对临近基坑施工对既有盾构地铁隧道的变形影响进行理论和实测研究，从而确定基坑施工对盾构隧道的影响水平。
Ｌｏ等采用二维有限元模型分析了基坑开挖对临近隧道的附加内力水平，与实测结果对比分析表明：数值模拟可用于预测类似工程中的隧道应力应变。孙立柱通过有限元软件模拟了砂土地基中深基坑开挖对临近地铁车站的变形和受力影响。刘尊景等确定了软土地基中基坑施工对邻近地铁的影响水平，并针对性地给出了地铁保护措施。张治国等运用 Ｐｌａｘｉｓ软件模拟了临近开挖对地铁隧道的影响水平，并针对性地提出了既有隧道纵向变形的两阶段分析方法，但该方法未考虑基坑侧壁的卸荷作用和基坑围护结构，与工程实际差别较大。蒋利明等利用有限元软件模拟分析了上海软土基坑开挖对临近隧道的变形影响，结果表明：隧道以水平横向变形为主，基坑基地搅拌桩地基处理后能够显著减少周边环境变形水平。孔令荣等总结了砂土地基中基坑开挖引起邻近隧道水平位移、沉降及隧道收敛变形水平的主要影响因素，发现基坑与隧道的相对水平距离与竖向间距为主控因素。Ｓｈｉ等在大量数值模拟的基础上，提出了用于计算隧道周边开挖卸荷引起隧道变形的简便公式。结 合离心机进行试验，Ｖｏｒｓｔｅｒ等分析了隧道在开挖过程中对原 有隧道的作用。郑刚等对临近基坑围护结构施工以及基坑开挖引起的隧道变形进行了现场实测分析，结果表明：基坑分块开挖可有效控制既有隧道沉降和差异沉降。此外，周宁等和王航也针对基坑施工对盾构隧道的影响进行了相关数值模拟的研究。
为降低基坑开挖对既有隧道的变形影响，设计采用分坑开挖，如图１所示，东侧 Ａ１基坑平面尺寸为６８ｍ×４８．９ｍ，基坑挖深５．８５～７．５ｍ；西侧为Ａ２基坑平面尺寸为９０ｍ×４７ｍ，基坑挖深５．８５～６．８ｍ。分坑中隔墙设计采用直径０．９ｍ、间距１．１ｍ 的钻孔灌注桩结合直径０．８５ｍ、间距０．６ｍ 的三轴水泥搅拌桩帷幕的形式。分坑开挖顺序为先施工东侧 Ａ１基坑，后施工西侧 Ａ２基坑。本基坑设计采用灌注桩、钢筋砼支撑结合坑内外搅拌桩挡土的围护方案，其中灌注桩桩径０．９ｍ、桩长２３．４ｍ、桩间距１．１ｍ，搅拌桩桩径０．８５ｍ、桩长２３．４ｍ 和桩间距０．６ｍ。坑内搅拌桩加固范围为灌注桩外边线外扩３．７ｍ，其中坑内还设置裙边抽条加固。
模型共计采用了９１７４１ 个实体单元模拟土体，７２７５ 个壳单元以及３３０ 个梁单元模拟基坑以及隧道结构，土体实体单元和梁、壳结构单元之间采用界面接触单元，可以考虑土体和结构之间的受压接触和受拉脱开，同时可以考虑结构透水性（即接触面结构侧的孔压为０）。界面接触单元参数为土体参数乘以 Ｒｉｎｔｅｒ强度折减系数，一般情况下由于土－结构相互作用界面比相邻土层的强度低，因此选取Ｒｉｎｔｅｒ强度折减系数为0.7。
随着基坑的开挖，周边土体以及盾构隧道也将产生变形。利用ＰＬＡＸＩＳ 的冻结单元功能模拟基坑开挖，共选取 Ａ１基坑开挖、拆撑以及 Ａ２基坑开挖和拆撑，共４ 个关键工况进行分析，见表１。
3、基坑开挖对既有隧道的变形影响分析
１）临近隧道的结构变形和收敛变形发展趋势与基坑各开挖工况围护结构的变形相一致，说明了临近基坑开挖是既有隧道变形的关键诱发因素；
２）软土地基基坑开挖带来的水平向卸荷作用，使得既有隧道结构的水平向变形大于竖向变形；
３）数值模拟显示临近基坑开挖引起的隧道收敛变形最大值为２．６ｍｍ，既有隧道现场实测收敛变形最大值为２．０ｍｍ，计算值与实测值十分接近，说明了数值分析模型的正确性，同时说明了软土地基狭长基坑采用分区开挖结合坑内外搅拌桩加固，可以有效控制基坑开挖引起的周边环境位移水平。