基坑分块开挖对邻近地铁隧道变形影响实测分析.pdf
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1、工程实践基坑分块开挖对邻近地铁隧道变形影响实测分析苏凤阳,许磊,葛金明,韩亚飞,朱林辉,董毓庆4(1.杭州市地铁集团有限责任公司,浙江杭州3 10 0 17;2.杭州地铁运营有限公司,浙江杭州3 10 0 17;3.上海勘察设计研究院(集团)有限公司,上海2 0 0 0 6 3;4.杭州岩通科技有限责任公司,浙江杭州3 10 0 0 5)摘要:基坑开挖引起的土体变形过大会导致周边已运营隧道出现裂缝、错台和渗漏水等病害,严重危害隧道的长期服役性能与运营安全。为研究基坑分块开挖对邻近运营地铁隧道变形的影响,以杭州某邻近已运营地铁隧道的基坑工程为背景,对施工过程中的基坑变形及隧道变形进行实测分析,结
2、果表明:后开挖的分坑需加强第2 道支撑的刚度;隧道自身的结构刚度在一定程度上能够减少基坑开挖引起的土体变形;基坑开挖对道床水平和竖向位移的影响效果相同,位移变化在3 mm范围内,且随开挖的进行增大;基坑开挖前围护结构的施工对管片收敛变形影响较大。关键词:地铁;实测分析;分区开挖;基坑变形;隧道变形中图分类号:U231.3;U 4561研究背景基坑工程施工导致隧道周围土体的应力状态发生改变,邻近盾构隧道道床产生沉降,同时管片的横、纵截面都会产生收敛变形。为保证基坑开挖过程邻近运营隧道的安全,需研究基坑开挖对邻近运营地铁隧道变形影响程度。毕书琦等以南宁某基坑工程为背景,通过实测分析研究基坑开挖施工
3、对下卧隧道的影响,得出基坑分区开挖不能减小管片的净空收敛的结论。吕秋玲 2 等通过数值模拟研究基坑开挖对邻近地铁轨道的变形影响,验第一作者:苏凤阳,男,高级工程师;通信作者:董毓庆,男,工程师证抗拔桩可以有效减少轨道侧移,在进行基坑开挖时,轨道水平向有较大影响而竖向无影响,在开挖过程中,轨道侧移最大的位置并不是出现在离基坑最近的位置。张治国等3 对上海某基坑工程的监测数据进行分析,研究周边地表在基坑不同开挖阶段的变化情况,得出周边地表总体呈下沉趋势,大致呈抛物线形分布的规律。赵志孟等4运用MIDAS/GTS有限元软件模拟基坑开挖的支护方案,研究基坑开挖对隧道位移及应力的影响,使用“地连墙+三道
4、内环撑”进行基坑支护可以有效控制变形。魏纲收集14个国内基坑工程实例的实测数据,通过统计类比分析得出盾构隧道的最大竖向位移均为隆起,并提出隧道最大隆起值的经验预测公式,通过基坑开挖对下方某地铁线路盾构隧道变形的实测数据分析,验证公式的准确性。刘庭金 对某区间隧道变形监测数据进行分析,研究建筑群基坑施工对隧道区间的变形影响,解析诱发道床开裂和水沟翻浆冒泥病害的原因。丁智等通过对邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据进行分析,得出基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律,研究基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域,对其加强监测并设置保护措施。陈仁朋18 等对下卧盾构隧道的基
5、坑进行数值分析,发现隧道的上浮变形与卸载率近似呈线性关系。刘天正9分析了U形槽基坑开挖对隧道的影响,发现开挖卸荷导致隧道受水平压缩、竖向拉伸的力,收敛为“竖椭圆”形状。李长安I0通过数值软件发现基坑开挖会导致隧道结构的水平位移和弯矩增大,轴力减小。现代城市轨道交通912 0 2 3 MODERNURBANTRANST57工程实践基坑分块开挖对邻近地铁隧道变形影响实测分析目前,学者对于基坑开挖对隧道产生影响的研究已有一定的成果,但是对于基坑分块开挖对邻近运营隧道影响的研究还相对较少。本文以杭州某邻近已运营地铁隧道的基坑为背景,对基坑分块开挖过程的实测数据进行分析,探究基坑分块开挖对周围环境及地铁
6、隧道影响,为今后类似工程提供设计思路与施工指导建议。2工程概况2.1工程简介该工程由5个地块组成,其中2 地块位于隧道区间以及整个车站的东侧。基坑面积约2 0 2 10 m,周长约7 6 1m,场地标高5.3 0 m,开挖深度10.410.9m,开挖过程分8 个坑进行开挖。基坑采用围护墙+止水幕的复合围护结构,设置2 道混凝土支撑,支撑间距约10.0 m。坑内外无降水,坑内坑外采用排水沟、集水井明排。隧道顶部埋深约9.9 10.6 m,与基坑开挖深度相近,2 地块与地铁隧道的最近距离为13.1m,基坑及隧道的位置关系如图1所示,图1中深绿色为7 0 0 mm厚的水泥加固土地下连续墙,桔黄色为8
7、00mm厚的地下连续墙,浅绿色为直径8 50 mm的三轴搅拌桩。表1土层信息序号重度黏聚力内摩擦角土层名称/kNm31-1杂填土2粉质黏土夹黏质粉土4-1淤泥质黏土4-2淤泥质粉质黏土夹粉土4-3淤泥质粉质黏土夹粉土5-1粉质黏土5-2粉质黏土夹黏土3监测项目及测点布置基坑的监测内容主要为深层土体水平位移及地表沉降。隧道监测主要工作内容包括:隧道结构道床水平位移、隧道结构道床竖向位移、管片收敛、道床差异沉降。监测点具体布置情况如图2 所示,其中DBC2-X为各地表沉降监测点,CX2-18、C X 2-19及CX2-20为各分坑深层土体监测点,其余编号为隧道监测断面,每5环一个断面,各分坑的开挖
8、顺序为B1C2B2。/kPa18.0010.0018.5022.3016.9010.1017.8011.8017.3014.8018.8039.3018.3022.90/。12.0017.809.5013.2012.5018.4016.6090166CX2-18/DBC2-18DBC2-20CX2-20CX2-19/DBC2-19DBC2-40DBC2-3613.15号线5号线S100DBC2-35DBC2-39图2 监测点布置图4土体变形分析4.1深层土体水平位移分析图1基坑与地铁隧道的位置关系(单位:m)由于CX2-19监测数据缺失,故只分析B1、B2 分2.2水文地质条件坑开挖过程中深层
9、土体水平位移,如图3 所示,其中纵基坑开挖深度范围内主要分布3 层地下水,上层地坐标为深度,横坐标为水平位移,正值为土体向坑内移下水性质属孔隙潜水,下层地下水性质属承压水和基岩动,负值为土体向坑外移动。从整体上看,基坑开挖过裂隙水,地下水位深度为1.53.0 m。土层信息如表1程中地下连续墙外侧土体深层水平变形曲线表现为向基所示,基坑坑底位于4-2 淤泥质粉质黏土夹粉土层,围坑内侧移动,各测点的最大水平位移均出现在基坑底面护桩桩底位于5-1粉质黏土、5-2 粉质黏土夹黏土层。上3.9m至底面下2.1m区间内。58MODERNURBANTRANSIT912023现代城市轨道交通基坑分块开挖对邻近
10、地铁隧道变形影响实测分析工程实践而B1基坑土体的最大水平位移出现在坑底且第2 道支水平位移/mm25第1道支撑第2 道支撑坑底开挖至1.2 m开挖至6.9 m开挖至10.9m底板浇筑拆除第1道支撑a CX2-20水平位移/mm20151第1道支撑第2 道支撑坑底一开挖至1.2 m开挖至6.9m开挖至10.9m底板浇筑拆除第1道支撑图3 深层土体水平位移曲线图结合不同工况下地下连续墙外侧深层土体水平位移的变化趋势可知,开挖阶段曲线为中间大两端小的“鼓肚型”,随着开挖深度的增加,基坑外侧土体向坑内移动愈加明显,深层土体的水平位移变化不断增大。在底板浇筑及拆撑阶段,深层土体的水平位移变化很大,这是因
11、为围护结构较长时间无支撑,约束土体变形的效果削弱,导致围护结构产生较大的水平向位移,引起地层进一步侧向移动。该阶段CX2-18的曲线仍为“鼓肚型”而CX2-20曲线呈一大一小的“双峰型”,这是由于施工顺序引起的。B2基坑开挖致6.9m时,B1基坑已经浇筑完底板、C2基坑在开挖第3 层土体,整个基坑已开挖面积相对较大且相互连通导致支撑对土体变形的约束效果削弱,而B1基坑的底板限制坑底土体的位移,所以,B2基坑土体的最大水平位移出现在第2 道支撑处,20151010b CX2-185500-5-50-3-6-9-12-15/-18-21-24-270-2-4-6-8-10/-12-14-16-18
12、-20-22-24撑处位移相对较少。因此,实际工程中基坑开挖应尽量合理采用分层、分块开挖。4.2基坑外侧地表沉降分析图4为基坑外侧地表沉降变化曲线,横坐标为施工阶段,纵坐标为地表沉降值,正值表示隆起,负值表示0-2-4-6-8-10-12开挖至1.2 m开挖至6.9m开挖至10.9m底板浇筑拆除第1道支撑施工阶段aB1分坑0-1-2-3-4开挖至1.2 m开挖至6.9m开挖至10.9m施工阶段bC2分坑-5-10-15-20-25开挖至1.2 m开挖至6.9m开挖至10.9m施工阶段cB2分坑图4基坑外侧地表沉降曲线图DBC2-36一DBC2-35一DBC2-22DBC2-21DBC2-20D
13、BC2-40DBC2-39一DBC2-24一DBC2-23DBC2-18底板浇筑拆除第1道支撑底板浇筑拆除第1道支撑现代城市轨道交通9/2023MODERNURBANTRANSIT59工程实践基坑分块开挖对邻近地铁隧道变形影响实测分析沉降。由图4可知,基坑开挖初始阶段的深度较小,坑外土体向坑内移动并不剧烈,坑外地表沉降都较小,随着开挖深度的增加,坑外地表沉降逐渐增大。这是由于开挖深度增大引起坑外土体的主动土压力增大,土体向坑内移动剧烈,导致坑外土体发生较大的沉降变形,而拆撑时地表沉降的增大是由无支撑状态时围护结构约束效应减小引起的。对比测点DBC2-20、D BC 2-2 1、DBC2-22可
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