基坑开挖影响区内既有隧道结构安全评估实用计算方法

1、（1中国铁路设计集团有限公司 天津 300251；2天津滨海新区轨道交通投资发展有限公司 天津 300467）摘要：随着地下空间的大规模开发，基坑邻近既有地下工程施工越来越多。地铁保护区范围内基坑开完对既有地铁结构内力、变形、防水等均会造成较大影响，为保证地铁的正常使用和运营，需要进行安全性影响评价。本文以某软土地区基坑工程紧邻既有地下隧道施工随着我国城市建设进程的加速、地下空间的开发利用，基坑临近地下隧道沿线施工越来越多。针对这一问题，许多学者做了相关研究。邹伟彪1基于有限元模拟和现场监测方法，分析了基坑开挖对临近运营地铁隧道的影响规律；程斌2以上海地铁2号线基坑工程实际为背景，分析和总结了

2、现有的一些有效治理措施和解决方案；冯龙飞3通过监测数据分析，探讨了支护设计、施工方案对地铁隧道变形监测结果的影响；沈雯4结合上海某基坑监测数据，总结来了区间隧道随基坑开挖变形规律，并对产生原因进行分析；戚科骏5分析了基坑底部的加固深度和开挖过程中的时间因素对隧道最终变形的影响；王卫东6基于上海地区大量的工程实测数据，经分析推导得到基坑开挖引起邻近既有建筑附加变形的计算方法。上述文献研究了临近基坑开挖对地下结构的影响规律及相应加固措施，但对既有地下结构影响后的安全性能研究较少，本文结合某基坑工程实例，提出了影响后隧道结构安全性评估方法，对类似工程具有一定的参考价值。某软土地区基坑工程临近某高铁盾

3、构隧道，该高铁盾构隧道内径采用直径的盾构掘进，盾构管片内径10.6m，外径，管片厚度50cm，预制管片采用C50钢筋混凝土，环宽1.8m，管片采用“6+2+1”模式，即一块封顶块，两块邻近块，6块标准块，管片采用直螺栓基坑开挖面积21535m2，整体开挖深度9.1m。基坑分为A、B两个施工分区，A区基坑距离隧道较远，先期施做，B区基坑临近高铁隧道，A区主体完成后施做。基坑采用钻孔灌注桩+止水帷幕+内支撑结构形式，钻孔桩灌注桩8001000，混凝土强度等级C25。基坑B区北面侧壁与某高铁盾构隧道近似平行，对应隧道设计里程为DK1+812.0DK2+021.9。基坑内边界距高铁隧道结构外缘平面距离

4、约为13.93m20.07m，二者相对位置平面关系如图 2.2所示。由于基坑位于高铁隧道安全保护区内，采用以下措施以减少基坑开挖对隧道的采用全站仪进行自动化测量，对隧道的收敛变形及结构的水平、垂直位移进行监测，每个断面设4个监测点，共计布设断面22个。（2）隧道道床水平及垂直位移监测点布设每一个监测断面分别在左、右线的道床上各布设1个监测点，与隧道结构收敛监测点位于同一里程，同一断面上，共计布设断面22个。监测断面测点布置如图3.1所示。对管片结构进行承载能力极限状态验算，从强度角度，判定盾构管片是否能够承受当前所受的内力。根据混凝土结构计算和力学计算的相关理论，隧道结构内力应由以下三部分构成

5、：（1）水土压力作用下管片计算内力隧道轴线中心点水平累计位移曲线分布如图4.2所示，最大水平位移为3.561mm，位于断面1921。将位移曲线以断面1921为界分为两段曲线进行拟合，如图4.3（a）、4.3（b）所示。图4.3 隧道轴线中心点水平位移由于隧道结构与地基结合紧密，二者连续接触，隧道所受地基反力连续分布，隧道与地基变形符合连续条件，所以可将隧道区间简化成力学模型，将隧道结构等效为弹性地基梁，水平位移等效为弹性地基梁挠度，进而求算其弯矩分布进行检算。将拟合曲线带入上式计算，纵向附加弯矩最大值为12.12 kN?m。环间纵向螺栓在附加拉力作用下产生的附加变形可按下式计算：根据4.3节分

6、析及螺栓变形与接缝张开量的几何关系可得，当外侧产生弯矩，螺栓总拉伸0.67mm，则管片拼缝处总张开量为0.56mm，其中位移引起的张开量为0.32mm；当内侧产生弯矩时，螺栓拉伸0.65mm，则管片拼缝处总张开量为0.53mm，位移引起的张开量为从管片防水角度考虑，管片弹性密封垫防水控制标准为接缝张开不超过6mm，错台不超过10mm。经检算，纵向管片最大间隙为0.56mm6mm，满足控制标准要求。将隧道区间简化成力学模型，隧道区间等效为梁，竖向位移等效为挠度，进而反推出弯矩，即为轨下结构板的纵向弯矩。模型按照两端固接计算，长度取基坑与津秦高铁海河隧道并行的长度，220m，则L1=220m。本文

7、以实际工程为依托，通过对监测数据的分析研究，提出了受影响隧道安全性能检算实用计算方法，主要结论如下：（1）基坑开挖对隧道空间形态、管片受力、螺栓强度、接缝变形等均会产生一定的影响，基坑开挖卸载会引起隧道产生向基坑的水平位移，基坑中部位置隧道水平位移最大。（2）管片内力由水土压力下计算内力、拼装误差引起的附加内力以及收敛变形引起的附加内力三部分构成。（3）将地下隧道等效为弹性地基梁，可由隧道位移反推结构纵向附加内力，进而计算纵向螺栓附加轴力、环间接缝张开量，检算管片防水性能。参考文献：1邹伟彪,张冬梅,蔡雄威.基坑开挖对邻近地铁变形的实时监测与数值分析J.地下空间与工程学报,2012,8(S2):1728-1731