浅析地下结构施工对周边地铁隧道影响分析

浅析地下结构施工对周边地铁隧道影响分析

马赛

身份证号码：130637198702092730

摘要：随着我国城市交通设施建设的快速发展和地下空间的不断开发利用，许多城市地铁线路已呈密网状布设，一些建设工程项目不可避免的紧邻地铁结构或位于地铁结构正上方。基坑开挖土体卸载必然会扰动基坑周围土体，引起周围土体应力场的改变，从而导致基坑底部回弹隆起、壁后土体发生侧移等。在地铁正上方进行开挖卸载，极易引起隧道上浮、隧道结构变形，因此采取有效设计方法和施工措施控制基坑下方隧道结构的变形对地铁的运营安全和结构安全极其重要。

关键词：地下结构施工；周边地铁隧道；影响；

引言

随着社会的飞速发展，人口日益增长，城市化进程加快 ，地上空间已经不能满足城市自身发展的需要 ，于是地下空间的开发成为了现今的热点。在城市地下空间大规模开发的浪潮下 ，近接既有地下结构施工的现象不可避免。对于这类新建结构临近既有结构的施工 ，并可能对既有结构产生不利影响的工程 ，称为近接工程 ，有关近接工程的施工又称为近接施工。

1.地下结构施工研究现状

隧道施工必然导致上覆土层的沉降，同时对邻近建（构）筑物产生影响。目前隧道施工对周围环境影响的研究主要集中在隧道掘进对周围土层、新建隧道与既有构筑物的相互影响等问题。张晓丽分析了新旧地铁隧道下穿净距对隧道施工安全及既有隧道运营的影响，提出新建地铁隧道与既有隧道合理间距的确定方法，应用能量理论制定了新建隧道施工过程中的既有构筑物分步沉降控制指标体系。张明远以超近距离下穿隧道工程作为研究对象，应用荷载-结构-基床系数折减法计算模型，研究了隧道下穿影响范围、程度和隧道埋深等影响条件下既有地铁隧道结构的力学行为，通过改变隧道下方基床系数的取值大小以及基床系数的分布范围，实时预测施工掘进对既有地铁线路的影响。马振超以北京地区的下穿工程实例为研究背景，针对穿越类型及邻近度两个方面展开研究，既有线路结构在1～1.5倍洞径范围内产生显著沉降，新建隧道跨度对既有线路结构的影响比较明显，而下穿净距仅对既有线区间结构的影响范围影响较大，对沉降最大值影响较小。由于岩土工程领域的介质具有高度非线性特点，很多情况下理论分析难以直接用于解决实际问题，而数值模拟方法具有不可替代的作用。MohammadAffpour等利用有限元模拟了双线隧道下穿地下通道建筑，并讨论了不同注浆压力、掌子面压力对于结构的影响，其研究表明隧道穿越对于地下连续墙结构压应力的影响大于对弯矩的影响；A.Lambrugh结合马德里地铁监测，建立三维有限元模型分析了不同注浆压力下地铁施工对土体的扰动，利用修正剑桥模型模拟土体本构模型，并与线弹性和摩尔库伦模型模拟的结果和实测对比，认为修正剑桥模型更适合土体开挖问题的模拟。

2.数值模拟分析结果的探究

2.1基坑周边的最大沉降量分析

通过数值模拟分析结果可以得知，随着基坑的开挖，基坑周边的土体会沿着基坑的方向缓慢移动，但是这种运动位移并非是无限延伸的，由于围护桩的架设，土体受到一定阻碍作用，其会呈现出竖直方向位移量先缓慢增加，然后逐渐趋减至零的趋势，而且最终会呈现出凹凸不平的波浪状形势，直至基坑开挖接近尾声其才展现出微乎其微的沉降值，其测量沉降值远远小于两个数量级。

2.2基坑维护结构的水平位移量分析

从整个模拟施工过程来看，基坑围护结构的水平位移量会随着开挖的进行而持续增加，经过实际测量可以得知，其整体位移范围量在0.035～0.048m范围之内，因此查阅相关的施工规范和行业标准可以得知，基坑围护结构的施工制作是符合规范要求的，因此可以在实际的工程中进行实施。

2.3地下隧道衬砌位移情况分析研究

从整个数值模拟分析过程来看，地下隧道衬砌竖向位移的最大位移量出现在工程的施工最后阶段，通过计算可知其数值大概为0.0113m，此时基坑的开挖深度达到了工程要求的最大值15m，由此可以判断出，此时是整个施工过程对周围土体影响最为严重和明显的阶段，当然从计算结果上看，周围土体的卸载量也达到了相应的峰值，因此周围土体也呈现出堆积最大值。其次，由隧道衬砌横向位移分析可知，地下隧道的衬砌水平位移值出现在隧道衬砌拱腰的两端，并且水平的变化趋势均朝隧道内侧，隧道两侧水平位移相似。伴随着施工进度的向前推进，水平位移也会逐渐呈现变大的趋势。

2.4隧道衬砌应力分析

就隧道衬砌轴向应力情况分析，从整个施工过程来看，除工程施工前期拱顶之外，其他的部位环节的轴向力均呈现出不同程度的变大，在进行开挖的过程中所有的部位径向力呈现出不同程度的缩减趋势，待到整体工程施工之后，各个部位的轴向力又出现不同程度的增加，但是趋势明显要缩减趋势，最后也是逐渐的趋于稳定状态。但拱腰和下腰等部位的最终轴向力要明显的大于初始阶段，只有拱肩和拱底的轴力呈现出逐渐减小的趋势。最后分析衬砌的环向应力，同样是除了拱肩之外，其他均呈现出不同程度的增大，在之后的施工过程中不同部位的环向应力逐渐缩减，待到整个工程施工之后也会出现小幅度的回升，但最终也都趋于稳定。

3.施工过程中应当注意的施工技术要点

3.1WSS加固技术要点

（1）利用WSS技术对于既有线结构及轨行区以下进行钻孔加固的过程中，要严格而谨慎地把握好钻孔的深度和钻杆钻孔的角度，保证注浆能够充满整个加固区土体。另外注浆浆液的配置也很有讲究，要严格按照现场实际试验的数据来处理，保证浆液注入过程，先行注入的浆液可以在预订的时间达到初凝。（2）注浆浆液的选择和注浆压力的选择对加固是否成功也有至关重要的作用，针对下穿工程需要尽快凝固，填充加固体土体空隙，以及提高土体自稳能力的要求，我们选择了水泥-水玻璃双液浆，并添加加快凝固的外加剂，使两种浆液从注浆管喷出混合后能在50s左右开始凝固，注浆的压力也控制在2-3Mpa，提高注浆压力的主要目的是尽可能的让单根注浆孔洞注浆加固的范围增大，使相邻注浆孔洞的加固范围相互重叠，提高注浆加固的效果。

3.2支护开挖工作的技术要点

（1）地铁隧道结构的安全性离不开支护开挖工作，开挖支护工作首先要注意的就是分块闭合施工技术的应用，在小断面挖掘施工的时候起到有效减小应力释放量的作用，进而有效控制既有结构的沉降变形。（2）为了增加对既有结构的有效支撑，减小既有结构的整体沉降和不均匀沉降，必须要采用高强度的支护钢架，除了选用高强度的钢架支护之外，每循环的进尺也至关重要，下穿过程我们选择循环进尺为50cm，每循环开挖完成后，及时架立支护钢架，并在拱脚位置打设2根2m长φ42缩脚锚杆，钢架之间采用φ28钢架连接，连接筋间距1m内外双层布设，同时挂设150×150预制网片后及时使用C25喷射混凝土封闭，以起到有效控制结构变形的目的。（3）为了持续增强既有结构下土体的自稳性，在每循环的短进尺开挖工作的时候，还采取了临时封闭掌子面的做法，使掌子面具有良好的稳定性。具体做法是：每开挖前进50cm，使用0.5m长φ25钢筋插入掌子面土体作为土钉，挂设150×150预制网片，然后喷射10cmC25喷射混凝土进行封闭。

3.结束语

总之，本文在结合某地下隧道工程实例的基础之上，借助于有限元分析软件就地下结构施工对周边地铁隧道影响的情况进行了详细的分析研究，并对模拟结果进行深入的探索延伸，分析了工程设计要点和施工技术控制要领，研究结果表明采取跟踪补偿注浆技术可达到主动控制沉降的目的，希望本文可以为今后相关工程起到一定的借鉴作用。

参考文献

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