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最新地铁与轻轨

地铁与轻轨

基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响

——地铁与轻轨期末论文

专业：

2015-5-5

摘要0

关键词0

0前言0

1地铁工程控制标准与保护技术现状0

2原型案例分析1

3隧道变形的基本规律分析4

4结论7

参考文献9

基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响

摘要：

本文选取基坑开挖对邻近地铁隧道变形影响的已有工程原例进行分析，归纳了基坑开挖对邻近隧道沉降、水平位移及收敛变形的影响因素，结果显示:

邻近隧道在基坑开挖的影响下产生的沉降和水平位移均较大；隧道横断面的收敛情况表现为横鸭蛋形。

引起隧道变形的主要因素有基坑与隧道的水平距离和垂直距离、开挖的时空效应等，其中基坑与隧道之间的相对距离对隧道变形的影响较大。

本文成果可为类似工程在基坑施过程工提供有利的参考和借鉴。

关键词：

基坑开挖；地铁隧道；变形影响；建议

0前言

随着我国国民经济的快速发展，城市规模不断扩大，城镇化进程也逐步加快。

但是过多的城市人口和城市用地的多样化发展使得人们对城市空间的需求越来越大。

所以，有效利用城市地下空间资源已成为一个必然的选择。

为了满足城市发展对现代化交通体系的迫切需求，优先发展地下轨道交通是主要的方向。

随着大城市轨道交通的不断发展，使得越来越多的基坑工程在既有地铁隧道附近或上方施工，由此所带来的影响也是不容忽视的。

基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响主要表现为隧道的沉降、水平位移和收敛，这些变形会对地铁的运营使用造成影响，严重时会危害到隧道的安全。

因此，为了保证已建地铁的正常安全地使用，在工程中，诸如基坑开挖一类的施工引起的变形是严格控制的。

所以，进行基坑开挖对邻近地铁隧道变形影响的研究，可为邻近基坑开挖影响下的既有地铁隧道在安全控制标准与保护措施积累工程经验，对我国城市地下空间的利用与发展有着重要的工程意义。

本文以工程原例为基础，通过基坑开挖对邻近地铁隧道引发变形的结果进行整合分析，从隧道的沉降、水平位移和收敛变形三方面探讨基坑开挖对邻近地铁隧道的影响。

1地铁工程控制标准与保护技术现状

当前我国的地铁建设正在迅猛发展，并已成为世界上最大的地铁建设市场。

但由于地铁建设风险高、难度大、安全影响因素多，近几年地铁安全事故频发。

随着地铁建设的不断发展，我国在地铁和轨道交通领域已编制一些相关的安全控制和评价技术标准，如《地铁运营安全评价标准》（GB/T50438—2007）、《地铁工程施工安全评价标准》（GB50715—2011）、《城市轨道交通安全验收评价细则》（AQ8005—2007）及《城市轨道交通安全预评价细则》（AQ8004—2007）等，这些标准在一定程度上保障了地铁及轨道交通的安全，但目前扔没有专门针对地下空间开发对临近地铁影响的评价标准，特别是没有地下空间开发引起在已建地铁隧道变形的控制标准，仅上海市1994年颁布《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，其中规定了临近地铁的施工对不同曲率半径地铁隧道沉降量及水平位移等指标的限值。

关于基坑开挖对地铁隧道变形的影响，主要关心的问题有：

既有地铁结构允许的最大变形量（沉降、水平位移、收敛等）和最大变形速率。

由于岩土工程和地铁结构本身的复杂性，不同施工方法和顺序引起地铁结构的内力分布和大小也不同，因此建立统一的控制标准和规范难度很大，应该针对不同施工方法和地质条件，采用分类、分步和分级的原则制定相应的控制标准。

2原型案例分析

本文为了研究基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响因素，从以往文献中搜索整理了一些已有工程原例，并从基坑概况、隧道的位置、隧道所在土层、基坑围护结构、加固、挖土情况等方面进行总结分析，详见表1（取自网络数据）。

表1临近基坑开挖对已有隧道的影响实例汇总

编号

工程名称

基坑概况

隧道位置

隧道所在土层

围护结构

［1］

太平洋广场2期开挖对邻近地铁1号线的影响

塔楼区及襄阳北路一侧挖深近11m；周边裙房开挖近9m，地面绝对标高为-0.6m

隧道距离基坑的水平距离最近处3.8m。

隧道顶标高位于坑底下2m处

④层灰色淤泥质粘土；

⑤层粘土

围护结构为宽600~800mm、深18~20m地下连续墙，北侧采用钻孔灌注桩（=1000mm。

l=18m），桩后两排搅拌桩止水。

两道混凝土支撑，绝对标高分别为-2.4m，-7.0m。

局部采用双肢钢管支撑

［2］

某基坑开挖对临近地铁2号线的影响

基坑深度14.14m，地面绝对标高为-0.2m

上行线隧道距基22~26m下行线距基坑7~11m。

基坑东南角距离基坑2~3m。

下行线隧道顶标高位于坑底上5.1m

④层淤泥质粘土

采用地下连续墙，在南京路一侧，连续墙深33m、厚1m，其余部分深31m、厚0.8m。

内设三道支撑，其绝对标高分别为-1.95m、-7m、-11.5m

［3］

上海广场基坑（北坑）开挖对临近地铁1号线的影响

基坑挖深15.1~16m，地面绝对标高+3.6m

中隔墙与地铁下行隧道仅相距2.8~5m，隧道顶标高位于北坑坑底上0.7m

③层淤泥质粉质粘土；

④层淤泥质粘土；

⑤层粉质粘土

北坑采用厚800mm的地下连续墙，深25.2m，四道钢筋砼支撑，其绝对标高分

别为+1.8m、-1.3m、-4.7m、-8.5m；连续墙外侧采用直径为850mm灌注桩，长度25m

［4］

上海香港广场深基坑开挖对邻近地铁1号线上行线的影响（黄陂南路站）

南北长约80m东西长约70m，面积约5800m2主楼基坑挖深14m，群楼12.6m

基坑北面（沿淮海路）临近地铁，最近3.8m，最远8m。

隧道顶标高未知

隧道位于④层淤泥质粘土中（估计）

800mm厚的地下连续墙，五道钢筋砼支撑，其标高分别为-0.6m、-3.5m、-6.4m、-9.5m、-13.1m。

平面上基坑采用边框架支撑，斜撑为主

［5］

地铁2号线人民公园站基坑开挖对邻近地铁1号线的影响

基坑宽37.6m，开挖深度22.12m，地

面绝对标高为±0.0m

1号线隧道与基坑最近相距10.7m，隧道顶标高距离坑底约16.4m

③层淤泥质粉质粘土；

④层淤泥质粘土；

⑤层粉质粘土

采用两明一暗半逆作法施工。

800mm厚地下连续墙，深度40m。

六道角撑，其标

高分别为:

-0.52m、-4.85m、-8.47m、-11.47m、-17.07m、-19.5m

［6］

某基坑对邻近地铁8号线的影响

基坑开挖深度分别

为6.45m、4.95m及3.5m。

地面绝对标高+4.3m

8号线区间隧道距离基坑边缘11.5m。

隧道顶埋深10m

③层淤泥质粉质粘土；

④层淤泥质粘土

基坑地铁侧采用700@1000mm钻孔灌注桩，桩底埋深13m，一道水平支撑，其标高为-2m（相对于±0.0）

［7］

上海航空枢纽交通中心基坑开挖对邻近轨道（磁浮）的影响

基坑开挖面积6.6×104m2东西长600m，南北长约110m。

开挖深度6.72m

距离轨道交通车站轴线20m

采用厚800mm的地下连续墙围护结构，结构梁代替临时支撑（一道水平支撑系统）

［8］

上海宏嘉大厦基坑开挖对邻近地铁4号线的影响

基坑总面积约7548m2。

开挖深度塔楼区为10.25m；地下车库9.45m。

地面标高-0.7m

4号线上行线距离本基坑外边墙最近距离为9.89m。

隧道的顶覆土深度为11m

③层淤泥质粉质粘土；

④层淤泥质粘土

塔楼部分用800mm厚的地下连续墙，地下车库部分采用600mm厚地下连续墙。

两道钢筋混凝土水平支撑，其标高分别为-2.15m、-6.9m

［9］

上海新世界大厦基坑开挖对邻近地铁1号线的影响

基坑工程量16429m

2。

临近地铁侧南坑坑底标高为-15.725m隧道距离基坑最近处3m，隧道深11m。

隧道顶位于坑底上约4.7m

③层淤泥质粉质粘土；

④层淤泥质粘土

1m厚地下连续墙深度32.45m，四道网格形支撑。

第一道1000mm×800mm钢筋砼支撑，二、三、四道均为609mm×16mm双拼钢管支撑。

支撑的标高分别为-1.75m、-6.45m、-9.95m、-13.025m

续表1临近基坑开挖对已有隧道的影响实例汇总

编号

加固情况

挖土

隧道变形情况

收敛变形

［1］

1.水泥搅拌桩满堂加固，深度为5m；

2.地铁隧道侧加固宽度达10m水泥掺量为15%，基底以上为8%；

3.深层搅拌桩加固区与地墙的缝隙处进行了压密注浆

先中间后四周的盆式挖土，做到“分层、分区、分块、对称、平衡、限时”挖土支撑。

地铁侧开挖留土宽度不小于4倍层深，单块土体的挖土支撑控制在16~24h

沉降情况:

基坑施工期累计沉降6mm。

地面结构施工：

累计沉降达到9mm。

相应水平位移：

上行线7.5mm、9.5mm、下行线7mm、8mm

隧道管片收敛向基坑卸土方向拉伸速率最大可达0.3mm/d

［2］

基坑南侧（靠近地铁侧）坑底以下采用宽度为6.2m、加固深度为坑底下5m旋喷桩加固，水泥浆掺量为13%，坑底以上搅拌桩加固，水泥掺量为8%

盆式开挖，按照对称、平衡的原则，即在中间土方开挖形成支撑后，两边土方在规定的时间内同时开挖并接通至地下墙

沉降：

上行线8mm，下行线10mm；水平位移（坑内移动）：

上行线4mm，下行线10mm

呈横鸭蛋状，水平向伸长7.3mm，竖直向缩短21.2mm

［3］

1.北坑高压旋喷加固，加固范围：

靠近中隔墙坑底以上8m至坑底下5m阶梯段加固；

2.隧道两侧两条格栅为2.2m，厚1.5m

按“由东向西、先北后南”原则开挖，自东向西分3次，完成浇筑。

土方按“3区5块”分期搭接开挖

沉降：

下行线5mm；上行线7.5mm。

水平位移：

下行线13mm，上行线10mm

呈横鸭蛋状。

水平方向伸长最大量为22.5mm

［4］

在基坑内四周采用深层搅拌桩加固，深至基坑底下5m，加固宽度为8m。

采用深井井点降水

先支撑后开挖，分层分区开挖原则，待第一道支撑达到70%的强度后，基坑平面分6小块对称开挖。

以下类推

最大沉降6.07mm，（第四道支撑时），底板浇注后沉降变为4.2mm。

最大水平位移为8mm

［5］

按照时空效应原理，采用分层分块开挖，共分6块开挖出现较大的纵向不均匀

沉降，环缝张开，最大沉降10mm，连续墙的最大水平位移60mm

［6］

围护外围采用4排700SMW工法搅拌桩作止水帷幕，桩底埋深13m。

地铁侧基坑设裙边式整体加固

按照时空效应原理，采用分层分块开挖

隧道发生5.3mm的位移

［7］

车站结构沉降5.3mm；轨道结构沉降-1.3mm

［8］

1.近地铁侧坑内采用650@450mm水泥土搅拌桩加固，宽6.05m，深度第二道支撑底部至坑底以下6.5m；

2.地铁侧坑内加固与槽壁间用800@1000mm高压旋喷桩，其余位置采用压密注浆

按照“分层、分块、对称、限时”的要求，采用抽条式间隔挖土，分块开挖时每块

边长不大于20m

最大侧向位移为4..9mm。

竖向位移为-8.4mm（有限元结果）

［9］

坑底不同标高处采用高压旋喷桩三重管注浆法分层加固。

厚度分别为3.0m和2.6m。

注浆体直径大于等于1.2m，桩体搭接大于400mm

隧道产生8mm的沉降

3隧道变形的基本规律分析

3.1影响隧道变形的主要因素

（1）基坑与隧道的水平距离对隧道变形的影响

从图1可以看出，基坑开挖对隧道的水平位移产生较大的影响。

隧道的水平位移变形和基坑与隧道之间的距离成幂函数递减关系，即随着距离增加而变形减小。

由图中看出，水平距离小于4m时，最大的水平位移可达到15mm。

从图2也可看出，隧道的沉降变形与基坑与隧道之间的距离成幂函数递减关系。

当水平距离小于4m时，最大沉降为10mm。

另外两个图结合起来，我们可以发现，基坑开挖对邻近隧道的水平位移、沉降均产生较大的影响，尤其在近距离范围内（如4m内）这种影响尤为显著。

从图3中可以看出，基坑与隧道的水平距离对隧道的收敛变形也产生一定的影响。

隧道与基坑之间的距离越小，隧道断面各弦长（如AB、CD等）的伸长率越大，即随着水平距离的增大，对隧道收敛的影响随之减弱。

在近距离范围内，对隧道断面收敛的影响尤为显著。

（2）隧道顶部与基坑底部之间的高差对隧道的影响

取在隧道与基坑的水平距离于4m以内时，此时的隧道位于基坑坑底的上部，从图4中看出，隧道顶标高与基坑底的高差与隧道产生的沉降变形成递增的关系。

但是，图4中［3］、［7］的数据不符合此规律，这是因为前面分析可知，地铁隧道的沉降并不仅仅与地铁与基坑高差有关，而且还与基坑与隧道之间的距离有关，这是两个变量影响的结果。

（3）基坑的时空效应对邻近地铁隧道的影响

基坑的时空效应对邻近地铁隧道变形的影响是非常明显的。

文献［5］给出了正常施工及开挖后基坑暴露24h后引起邻近隧道沉降变化的曲线，如图5所示。

从图5中看出在进行到第4个工况时，由于基坑暴露的时间过长，导致隧道比正常施工产生了近1mm的沉降变形。

3.2隧道变形的基本规律

（1）基坑开挖对邻近隧道变形的影响主要表现为较大的沉降和水平位移。

（2）不论隧道顶部与基坑底部之间的高差正负，当隧道与基坑的水平距离于4m以内时，隧道均产生较大的侧向位移。

（3）当隧道与基坑之间距离在4m以内时，当隧道顶标高高于基坑底标高时，隧道的沉降变形随两者高差的增加而逐渐增大。

（4）隧道横断面的收敛情况表现为：

横鸭蛋形。

4结论

由于近几年城市地下空间的快速开发，基坑开挖施工所导致的工程事故也逐年增加。

因此，研究基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响和安全控制措施变得十分重要，本文在总结现阶段我国地铁工程控制标准与保护技术基础上，搜集了一些工程原例，对比分析基坑开挖对地铁隧道变形的影响，为进一步保障在基坑开挖过程中邻近隧道的安全以及为今后类似的工程施工提供参考，提出如下建议：

（1）由于岩土工程和地铁结构本身的复杂性，应针对不同施工方法和地质条件，采用分类、分步和分级的原则制定相应控制标准。

（2）对于基坑的开挖和支撑的施工，为了更好地控制基坑的位移，要求基坑不可超挖。

（3）基坑围护结构的水平位移及坑底隆起不仅对基坑本身有重要影响，同时，其对于邻近地铁隧道区间结构的水平位移与隆起位移也有重大影响。

因此，在基坑的开挖过程中，要加强对邻近隧道结构的监测，保证其位移在一个允许的范围内，同时根据监测信息及时调整基坑支护结构的施工步骤和方案。

（4）基坑工程施工应遵循分区、分块、分层、对称、限时原则，并且在基坑靠近地铁隧道区间侧采取留（堆）土反压控制方案，以提高基坑内侧土体对围护结构的侧向约束作用。

（5）基坑开挖过程中会引起地下水位发生一定的变化，由于地下水位的变化对隧道结构的水平位移影响较大，因此在基坑开挖过程中也必须加强对邻近地下水水位的监测。

参考文献

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15～20.

[2]胡海英，张玉成，杨光华，钟志辉，陈富强.基坑开挖对既有地铁隧道影响的实测及数值分析[J].岩土工程学报,2014,36（增2）:

431～439.

[3]韩映忠，邓继键，唐仁.基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响分析[J].广州大学学报,2014（13）:

61～66.

[4]林秋明.深基坑对既有地铁隧道的变形影响[J].低温建筑技术,2014（7）:

108～110．

[5]戚科骏，王旭东，常根生，陈亚东.邻近地铁隧道的深基坑开挖分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24（增2）:

5485～5489.