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既有盾构隧道地层中基坑开挖方案对比分析
【摘要】随着城市发展的需求，往往出现在既有地铁隧道邻近位置或上方进行基坑工程的施工?对于邻近地铁隧道的基坑开挖工程，不仅要考虑基坑支护体系自身的安全性，还需保证邻近地铁隧道的正常运营?隧道临近的基坑开挖将导致既有隧道发生隆起或不均匀沉降现象，严重时会引发隧道管片出现裂缝或局部破坏，甚至会造成地铁隧道纵向变形过大而影响地铁列车正常运营?因此，如何有效地评估基坑开挖对既有隧道造成的风险显得十分重要?本文对既有盾构隧道地层中基坑开挖方案对比分析，以供参考
【关键词】盾构隧道；基坑开挖；对比分析 引言
近年来，随着我国经济的快速发展和城市建设的大力推进，我国城市交通流量大幅上升，交通拥塞?城市环境日益恶化已成为各大城市普遍存在和亟待解决的重要问题?城市地铁作为一种安全?快捷?高效?环保的交通形式，迅速成为许多大城市解决交通问题的首要选择?目前，世界40多个的国家80多个城市已开通了城市地铁线路，发达国家均拥有高度发达的城市?
值得一提的是，在近50年的城市地铁建设中，我国引
进?完善?开创了一系列适合中国地质条件?技术条件和经济条件的地铁隧道施工方法，已由原来单一的明挖法发展到现在的明挖法?盖挖法?矿山法?盾构法等多种方法，并已初步形成了专业技术体系?其中因盾构法施工对环境影响小，不受地形?地貌?江河水域等条件限制，以及施工安全?快速等诸多优点，在本世纪初以北京?广州?上海?南京?深圳?成都?杭州?苏州?武汉?沈阳等为代表的一大批重要城市和省会城市的新一轮地铁建设大潮中，得到了广泛应用，这一轮建设大潮涵盖了大半个中国，由东到西?由南往北，地质条件差异巨大，越江?跨河问题频现，极大地推动了我国针对不同区域地质条件?水文条件，以及不同施工情况下对既有盾构隧道地层中基坑开挖方案对比分析进行总结与实践? 一?既有盾构隧道地层中基坑开挖总体分析
高层建筑深基坑?市政工程以及地铁工程在地层中交错复杂分布，难免在建设施工中相互影响?例如，地铁隧道开挖对既有隧道的影响，地铁隧道与深基坑开挖对管线的影响，高层建筑深基坑的开挖对既有地铁隧道的影响等?基坑开挖是主要对下方土体的卸荷作用引起的隆起位移，对侧壁的水平位移，将会影响附近的建筑物?而针对地铁隧道工程的影响主要是地铁轨道变形和结构破坏问题，将威胁着地铁列车正常运营?本文针对基坑开挖对下伏既有盾构隧道影响进行分析，具有重要的工程实际意义?
二?基坑开挖方案对比分析 1?数值模型与参数确定
土体采用摩尔―库仑理想弹塑性本构模型，土体力学参数按勘察报告建议值选取?盾构衬砌结构与地下连续墙采用线弹性模型，地下连续墙取C30混凝土，密度为25g/cm3，模量为30GPa，盾构隧道管片取C50混凝土，密度为25g/cm3，模量为34?5GPa，混凝土力学参数按相关规范选取?模型尺寸为300m×160m×70m?地下连续墙宽度为1m，盾构隧道管片厚度为0?3m?为了方便建模，基坑1与基坑3长×宽均为100m×14m，面积为1400m2；基坑2长×宽为100m×24m，面积为2 400m2?模型侧面约束相应法向方向的位移，模型底面约束X?Y?Z轴3个方向位移，顶面边界为自由边界? 盾构与基坑施工模拟方法：盾构施工管片采用实体单元，掌子面施加推力与该位置初始土压力相等，进行开挖，管片实体单元跟进，与开挖掌子面相距10m，形成盾构隧道地层，基于此，进行上部基坑开挖施工?方案一数值模拟，先进行维护桩的施工模拟，然后，同时开挖基坑1?基坑2和基坑3，最后施作地下结构?方案二，先进行维护桩的施工模拟，然后，开挖两侧基坑1与基坑3，并施作地下工作室结构与地下车库结构，最后，开挖中间基坑2，并施作市政隧道结构? 盾构隧道上方3个平行基坑同时开挖施工引起隧道结构最大隆起位移为11?6mm，位置在三个平行基坑中间部位?
当将三个基坑的3种类型结构施作后，盾构隧道最大沉降位移将减小至4?4mm，说明盾构隧道上方基坑施工对盾构隧道结构与地铁轨道最大影响在基坑开挖至基坑底部? 三?施工风险辨识及盾构隧道的失效判别 1?施工风险辨识
基坑工程开挖将会导致下卧既有隧道发生显著的上抬变形并使地下结构产生附加应力?地铁盾构隧道的上抬变形是由两种工况条件下叠加的结果：一是基坑开挖过程中坑底土体回弹导致的盾构隧道上抬变形；二是盾构隧道本身的先期卸荷引起的隆起变形?盾构隧道的上抬变形量将直接受到基坑开挖方法及卸荷速度的影响?针对本工程所处的特殊周边环境，基坑工程开挖阶段的施工风险包括：①衬砌管片裂损。在实际工程中，既有盾构隧道距基坑坑底只有9m，并且待开挖基坑面积达到80m×60m，大面积的土方开挖将引起坑底回弹效应，带动盾构隧道管片向上隆起变形，管片出现附加应力，有可能导致管片或管片之间的接头所受到的应力状态超过其极限承载能力而发生地盾构管片开裂?损伤甚至碎裂?②渗漏水。当隧道不均匀沉降或纵向曲率半径达到一定值后，就导致管片间接缝张开过大而漏水或管片纵向受拉破坏?盾构隧道的上抬变形将会引起混凝土管片产生裂缝，导致地下水渗入隧道内部，发生渗漏水，影响了结构体系的耐久性及使用功能要求?③盾构隧道的纵向变形影响。盾构