某邻近地铁深基坑工程安全性分析 - 图文

某邻近地铁深基坑工程安全性分析

摘 要：本文以某近地铁基坑支护工程为实例，结合考虑周边环境、地质条件等因素，采用有

限元软件进行模拟，分析基坑开挖过程对支护结构本身及相邻地铁的影响，并提出了保护对策及措施，可为类似工程的设计提供参考。

关键词：基坑工程；地铁

1引言

在基坑土方开挖的过程中，周围土体中应力发生变化，使其推动原有的平衡状态，而向新的平衡状态转化，造成地表沉降、建筑物变形甚至倒塌、管线拉裂等各种不安全因素。同时，这些风险的存在和发生，又进一步恶化施工环境，使风险发展和加剧，引起地下结构变形加剧，出现流砂、渗水、涌水、结构裂缝、不均匀沉降、结构安全性能降低等风险。因此，在工程施工前进行安全评估是十分有必要的，这样可以对可能发生的风险进行预估，以便在下一阶段设计和施工过程中可能产生的施工风险进行有效的控制，防止由于地下工程施工引发对环境的破坏。

2工程简介 2.1项目概况

本工程位于沈阳市沈河区与小东路交汇处。基坑沿东西方向长约200m。该项目总面积约2

15000m，建筑物地上100-150m，地下三层，基础埋深17.3m。场地地形较平坦。基坑北侧为地铁一号线，由两条盾构隧道构成，左右线净距约为7m，基坑边与离隧道盾构管片外皮距离约为8m。隧道拱顶埋深约9-12m。盾构隧道直径为6m。

基坑安全等级为一级，侧壁重要性系数取1.1，基坑的变形保护等级为特级。

根据基坑开挖的深度、基坑的形状、周边建筑物的分布、场地复杂的地质条件等有关因素综合考虑,基坑围护结构采用灌注桩+预应力锚索+桩间喷射混凝土面板的支护形式。北侧采用双排钢筋混凝土桩，后排桩径1.2m，前排桩径1.5m，桩间距均为1.8m，前后两排桩中心间距为3.6m，西侧、东侧和南侧采用桩径0.8m，桩间距为1.2m,基坑周边地面超载为等效荷载q=15Kpa。

2.2 工程地质及水文地质条件

2根据钻探所揭露地层表明，构成场地地层由上至下依次为：①杂填土、②-1中粗砂、○

2圆砾、○3圆砾、○4粉质粘土、⑤-1中粗砂、○5砾砂、⑥圆砾、⑦粉质粘土、⑧中-2砾砂、○

粗砂、⑨圆砾。

勘察期间内，所有钻孔均遇见地下水，地下水类型为潜水，主要赋存在场地③砾砂、⑤圆砾层中。稳定水位埋深约为12m。地下水补给来源主要为大气降水，地下水位年变化幅度约2米左右。

2.3本工程变形控制标准

根据地铁指挥部要求，结合相应规范，并参考国内外类似工程的标准，确定相关控制标准如下：

（1）基坑变形保护等级为特级，变形控制标准如下：地面最大沉降量≤0.1%H；支护结构

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最大水平位移≤0.1%H，且≤25mm。

（2）本区段地铁隧道的控制标准如下：地铁结构竖向及水平位移≤6mm，轨道位移容许值为4mm。

3. 安全性分析

本文采用ABAQUS有限元软件进行模拟分析，为基坑的设计及施工提供必要的依据。分析中土体采用四边形实体单元；桩和管片按照梁单元考虑。基坑和近接地铁线如图1所示，选取1个断面进行分析。断面的基坑开挖深度为17.3m，桩长为24m。

3.1 模型计算参数

土层分布参考初勘报告，根据钻孔揭示地层自上而下依次为杂填土，中砂，圆砾，砾砂，圆砾。模型计算参数见表2。

计算过程中，桩、管片和锚索均按线弹性考虑，土体为摩尔库伦本构模型。

图1 围护结构示意图（注：基坑中黑线为开挖线）

图2 模型网格划分图

表1 模型计算参数表

编号 类型 厚度/m 重度/KN/m3 弹性模量/Mpa 泊松比 粘聚力/Kpa 摩擦角 - 2 -

1 2 3 4 5 6 杂填土 中砂 圆砾 砾砂 圆砾 底层 3.4 1.3 19.3 1.2 11.8 53 18.5 19.0 19.0 19.0 19.5 19.5 32 115 267 214 267 600 0.34 0.25 0.26 0.26 0.26 0.24 5 0 0 0 0 30 10 35 42 37 45 40 表2 计算开挖工序 计算工况 施作右侧第一根锚索 右侧第2根锚索和左侧第一根锚索同时施作 施作左侧第2根锚索 施作左侧第3根锚索 右侧第3根锚索和左侧第4根锚索同时施作 开挖1.5m，距地面17.3m，基坑开挖到底 备注 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 工况6 3.2数值分析结果

为了论述清楚，在本报告后面的结果分析中离基坑较近的隧道称为隧道1，离基坑较远的隧道称为隧道2。在进行桩水平位移、地面沉降和隧道位移的分析比较中，均取位移的绝对值进行比较。经过计算，工况6隧道及支护结构变形最大。

表3 工况6变形表

最小值(mm) 最大值(mm) 最大值位置（m） 允许值(mm) 是否满足 左桩的水平位移 0 3.9 深度9.0m 17.3 满足 右桩的水平位移 1.9 5.2 地面沉降 0 12.5 位于右侧第2根桩上，深度为9m 位于基坑左侧，距坑边1m 17.3 满足 17.3 满足

图3 工况6 隧道1变形图

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图4 工况6 隧道2变形图

3.3各工况下的隧道1位移分析

下图为计算断面隧道1底部的水平和竖向位移图表，从该图可以看出，隧道1的水平位移绝对值呈现逐渐增大的趋势，最大水平位移为向基坑方向的2.986mm；隧道1的竖向位移绝对值呈现先减小后增大的趋势，最大竖向位移为向上的5.311mm。

相关最大变形值见表3.1.3:

表4 最大变形值（mm） 隧道最大水平位移 -4.2 隧道最大竖向位移 5.4 围护结构最大水平位移 5.2 周边地表沉降 12.5 4.结论及建议 4.1 结论

利用有限元方法对基坑开挖进行平面数值模拟计算，模拟过程中采用分步开挖方法，并在开挖完立即施作相应的预应力锚索。分析中的考察数据包括桩体水平位移，基坑周围地表沉降，以及隧道的水平和竖向位移。得到的结论如下：

（1）在目前设计支护参数下，基坑支护结构本身变形满足要求； （2）基坑开挖后计算断面各项指标均满足地铁结构变形控制标准的要求；

4.2 建议

（1）建议基坑分层分块分条开挖，减小基坑卸载对地铁隧道的影响，尽量减小一次开挖体量，最大限度地减少基坑周围土体的位移量和差异位移量从而保证地铁安全。

（2）由于该基坑工程与地铁1号线距离较近，基坑深度和宽度较大，为最大限度地减少基坑工程施工对地铁1号线的影响，务必按规范要求制定详细的基坑工程及周边环境的监测方案，实现信息化施工，并确保各项变形指标在允许范围内。

（3）制定详细的应急预案，确保基坑自身和邻近地铁隧道安全。

参考文献

[1]胡恒，朱厚喜，贾立宏，基坑开挖对邻近地铁结构基础的影响分析[J].岩土工程学报，2010，32（7），116-119. [2]城市轨道交通设施养护维修技术规范》（DB11/T 718-2010）. [3]JGJ 120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/in0x.html