隨著(zhù)經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展，開(kāi)發(fā)運營(yíng)中的地鐵隧道周邊地帶將不可避免，如何保證對運營(yíng)中的地鐵隧道的影響最小，成為需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。以某工程項目為例，通過(guò)有限元數值模擬，研究了大規模深基坑分區階次開(kāi)挖對既有隧道的影響，為附近基坑的地下連續墻設計長(cháng)度取值提供根據。
引言
隨著(zhù)上海經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展，運營(yíng)中的地鐵隧道周邊地帶的開(kāi)發(fā)利用需求極大。相對于一般的施工環(huán)境，隧道周邊區域由于距離地鐵較近，在開(kāi)發(fā)時(shí)必須考慮地鐵運營(yíng)的安全，尤其是大型深基坑的施工，在土體卸載過(guò)程中如何確保隧道變形滿(mǎn)足運營(yíng)要求是其施工最大難點(diǎn)。
1 工程概況
1.1項目簡(jiǎn)介
某大規模深基坑工程位于上海市中心，基坑挖深約14m，長(cháng)約190m，寬60m，由于運營(yíng)中的地鐵隧道位于工程正下方，基坑被分為南北2個(gè)小基坑，2個(gè)基坑距離地鐵水平距離均為8m左右，基坑之間通過(guò)8m寬的車(chē)行通道連接（圖1）。此外，在基坑南側緊鄰另一條隧道，最近間距為7m左右。
圖1 基坑與隧道關(guān)系示意
由于地塊周?chē)h(huán)境條件嚴峻，為滿(mǎn)足2條隧道正常運營(yíng)要求，擬采用“分區順做法”的總體方案：將北邊基坑分為S1-A區、S1-B區先后分別實(shí)施，將南部基坑分為S2-A區、S2-B區先后分別實(shí)施，具體分區如圖2所示。
圖2 基坑分區開(kāi)挖示意
1.2計算評判指標
據《上海市地鐵沿線(xiàn)建筑施工保護地鐵技術(shù)管理暫行規定》，由于深基坑、高樓樁基、降水、堆載等各種荷載和加載的建筑活動(dòng)對地鐵工程設施的綜合影響限度，必須符合地鐵結構設施絕對沉降量≤20mm。（包括各種加載和卸載的最終位移量）。隧道變形曲線(xiàn)的曲率半徑R≥15000m。
2 基坑開(kāi)挖數值模型
2.1有限元模型建立
采用通用有限元分析軟件MARC進(jìn)行基坑開(kāi)挖的全過(guò)程模擬。
2.1.1有限元材料模型
采用8節點(diǎn)的實(shí)體單元模擬土體，采用殼單元來(lái)模擬地下連續墻和既有隧道，采用梁?jiǎn)卧M支撐。數值分析中采用Mohr-Coulumb本構模型對場(chǎng)地土體進(jìn)行模擬，土體參數根據工程地質(zhì)勘查報告取值。
2.1.2有限元幾何模型
結合有限元模擬經(jīng)驗，一般基坑開(kāi)挖影響寬度約為開(kāi)挖深度的3～5倍，影響深度約為2～4倍，故確定影響范圍為由基坑邊向外延伸100m，土體深度方向延伸70m。
2.1.3有限元邊界條件
本模型采用標準邊界形式，即計算模型底部節點(diǎn)限制其水平向和豎向位移為零，四周限制水平面（x、z方向）位移為零，上表面為自由面。
2.2計算工況
對比計算地下連續墻圍護深度分別為51m和40m條件下，基坑施工對既有隧道結構的影響。
圖3初始地應力場(chǎng)位移
根據實(shí)際工程開(kāi)挖步驟，本次模擬分初始地應力場(chǎng)計算，分層開(kāi)挖S1-A、S2-A區域基坑，分層開(kāi)挖S1-B、S2-B區域基坑，開(kāi)挖S1-B、S2-B之間的聯(lián)絡(luò )通道4步進(jìn)行，圖3為初始地應力場(chǎng)。
3 計算結果分析
3.1方案一
3.1.1基坑整體變形分析
采用方案一，在消除初位移影響（1.8cm）后，基坑周邊最大沉降1.5cm，基坑底部隆起7.2cm（圖4）。
3.1.2隧道變形結果分析
相比較于基坑南側隧道，基坑下方隧道受2個(gè)基坑共同影響，隧道自身離基坑也更近，限于篇幅，這里僅分析基坑下方隧道變形。
圖4基坑及周邊豎向位移（未去除1.8cm初始位移影響）
采用方案一，處于基坑連通道下方的隧道呈現隆起狀態(tài)，最大豎向位移為17mm。
3.2方案二
3.2.1基坑整體變形分析
采用方案二，在消除初位移影響（1.1cm）后，基坑周邊最大沉降2.3cm，基坑底部隆起8.9cm（圖5）。
3.2.2隧道變形分析
4 結語(yǔ)
依據《上海市地鐵沿線(xiàn)建筑施工保護地鐵技術(shù)管理暫行規定》，對于原設計方案設計的51m地下連續墻埋深（3倍基坑深度），基坑開(kāi)挖施工對既有地鐵區間隧道和車(chē)站的影響均在控制標準以?xún)?，若改?0m地下連續墻埋深（2.4倍基坑深度），隧道變形則剛達到控制標準要求（表1）。本次數值模擬結果顯示，若隧道等建（構）筑物離基坑10m以?xún)染嚯x，要滿(mǎn)足其擾動(dòng)要求，地下連續墻設計長(cháng)度達到基坑開(kāi)挖深度的2.5倍比較合適。
圖5基坑及周邊豎向位移（未去除1.1cm初始位移影響）
采用方案二，基坑下方隧道隆起量較原先方案更大，最大隆起量為2cm左右。
