杭州下沙某深大基坑工程开挖对邻近地铁隧道影响分析

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[摘要]本文具体针对杭州下沙某地块深大基坑支护工程设计为实例，对复杂环境条件下深大基坑支护结构的设计方面作了有益的探索，应用PLAXIS等有限元软件，分析了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响，研究结果可供类似工程参考。

[关键字]深大基坑 PLAXIS 地铁隧道

[中图分类号] U45 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-259-3

1 工程概况

该基坑工程位于杭州下沙经济技术开发区，分为86-1和86-2二个地块。其中86-1地块为住宅用地，总用地面积为41109m2，设有连通的二层地下室，地下室建筑面积为50338m2。86-2号地块为商业用地，南侧紧邻地铁隧道，总用地面积为28734m2，设有三-四层地下室，地下室建筑面积为125950m2。本工程±0.000相当于绝对标高6.300m，基坑周边自然地坪相对标高为-0.150m（即绝对标高6.150m）。

综合考虑承台、电梯井和地梁的间距和密度，取基坑底标高为-8.850m、-10.050m和-15.800m，设计基坑开挖深度为8.70～15.65m。设计基坑安全等级为一级。

1.1 基坑环境条件

用地红线以南为九沙大道，九沙大道下有杭州地铁下沙中心站的主体结构及隧道。下沙地铁中心站主体结构顶面标高为绝对标高3.500m，板底标高为绝对标高-9.39m～-11.39m，采用钢筋混凝土框架结构，地下连续墙“二墙合一”围护（墙底绝对标高为-24.00m），距基坑边的距离约为27.10m。地铁隧道中心点绝对标高-6.090m，直径6.2m，壁厚350mm，轨顶绝对标高-7.950m，隧道与基坑边的距离约为7.70m。九沙大道市政管线，埋深在0.6m～2.80m之间，距基坑的距离在1.1m～47.8m之间（图1.1）。

1.2 工程地质条件

根据场地岩土工程勘察报告，场地土体可分为七个大层，十八个亚层。基坑开挖影响范围内各土层主要物理力学性质指标见表1.1所示。

2基坑围护结构设计

2.1基坑的围护结构型式选择

86-2地块基坑采用内撑式围护结构，围护墙分别采用地下连续墙和钻孔灌注桩排桩墙；本基坑基坑东侧南段、南侧和西侧南段临近地铁车站及隧道，采用地下连续墙围护结构。对于临近地铁隧道的1A-1A剖面，在地连墙外侧增设一排钢筋混凝土排桩墙。86-1地块采用拉锚式围护结构，围护墙采用钻孔灌注桩。

2.2支撑体系设计

86-2地块周围环境条件比较复杂，临近有地铁轨道及车站需保护，因此考虑采用三层内支撑的围护方案。在支撑的竖向布置上，共设置三道钢筋混凝土内支撑。支撑顶标高分别确定为-1.50m、-7.20m和-12.20m。

3基坑开挖对邻近地铁隧道影响分析

3.1计算模型与参数

基坑长度约250m，且与地铁隧道基本呈平行布置，属于比较典型平面应变问题。分析软件采用岩土工程专用有限元软件Plaxis。Plaxis软件分析时，地基土为两相连续介质材料，无须将桩土等简化为弹性地基。本次分析桩体材料采用线弹性模型，土体材料与桩土界面采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型，桩土单元均采用高精度的15节点三角形等参单元，桩土界面采用Goodman单元。

3.2分析模型与参数

基坑开挖、降水施工对隧道影响的分析模型为平面应变分析模型，如下图3.1所示。坑外土体计算范围50m>3h，h为开挖深度；模型两侧水平向约束，底部竖向约束；考虑降水引起的渗流场及其对土体应力场的影响，模量两侧为侧向水源补给，坑外水头分别降至地表下4m与8m，坑内采用深井降至开挖面以下0.5m，粘土层为不透水层；分析方法采用有效应力法，土体材料与桩土界面强度和变形参数均为有效应力指标。地连墙、支撑结构砼强度C30，弹性模量Ec=30GPa。

基坑开挖对地铁隧道影响的分析模型如图3.1所示，分析软件为岩土工程专业有限元软件Plaxis 7.2。地铁隧道外径6.2m、壁厚350mm、6片拼装，拼接处按铰接考虑。地连墙与灌注桩外侧有一道？850@600三轴水泥搅拌桩，水泥土的割线模量E50取260MPa。水平支撑刚度取主支撑与板带截面抗压刚度。

3.3基坑开挖对地铁隧道影响分析

开挖与降水计算工况根据施工步骤共分为7个工况（包括4次开挖和3次换撑），见表3.2。

各个施工工况的位移场、地连墙的侧向变形分析结果（最大值）如图3.2～图3.4所示，隧道变形与隧道管片压力如图3.5～图3.9所示。

由前述分析可见：

（1）受基坑开挖、降水等因素的影响，南侧地连墙最大变形为27.5mm，小于0.18%H（28.2mm），满足环境保护要求为一级的基坑变形控制要求。

（2）在基坑开挖及地下室施工期间，隧道1最大水平位移为7.0mm、最大沉降为3.6mm；隧道2最大水平位移为13.3mm、最大沉降为4.8mm。

（3）地下结构施工完毕停止降水后，隧道1残余水平位移为6.2mm、残余沉降为0.5mm；隧道2残余水平位移为11.5mm、残余沉降为3.0mm。

（4）基坑施工对隧道管片压力的影响很小。

4结论

本文以杭州下沙某深大基坑工程为背景，通过及基坑开挖对地铁环境效应的数值分析，研究得出以下主要结论：

2.采用PLAXIS分析了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响，分析表明基坑开挖对地铁隧道结构的内力影响较小；地铁隧道的变形均小于15mm。

基坑施工工序较多，现场工况与模拟分析时的工况可能存在不一致，导致结合工况来分析基坑围护结构的受力及变形相当困难。本文分析时，适当做了一些简化，很难做到预测分析和实际施工完全吻合。考虑真实工况可以获得与实际更为接近的结果。

数值计算时岩土参数的选取对计算结果的影响很大，然而由于岩土材料和工程地质的复杂性，极难选取精确的、合适的参数来反映现场实际。进一步考虑岩土材料在不同应力路径和不同应变水平下参数取值，可以更为准确地预测基坑开挖对周围环境的影响。

参考文献

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