分析和保护措施
夏志球
（广州地铁集团有限公司，广州５１００６１）
摘要：大面积的城市开发，将出现邻近基坑统一施工的情况。邻深基坑的统一同步施工，相比于单一基坑对其附近地铁隧道使用功能及地铁安全产生更加大的影响，此种情况对地铁保护不利。本文通过案例，将介绍此种影响，为此类基坑的旁边的地铁保护提出建议，同时针对此种支护方式为对如何更好的保护地铁运营安全提出了相关措施和建议。 中图分类号：ＴＵ３７５文献标识码：Ｂ文章编号：1674-2133（２０１５）０５－１４－０４
Analysis and protection measures for the safety of adjacent block excavation in the
vicinity of the subway operation
XIA Zhi-qiu
（Guangzhou Metro Group Co.,Ltd.,Guangzhou510061，China）
Abstract:Ｗｉｔｈａｌａｒｇｅａｒｅａｏｆｕｒｂａｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｃａｓｅｏｆａｕｎｉｆｉｅｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｄｊａｃｅｎｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｉｓａｐｐｅａｒｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｄｊａｃｅｎｔｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｓｉｎｇｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ，ｉｔｈａｓａｇｒｅａｔｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｕｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｓｕｂｗａｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｏｎｅｃａｓｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｗｉｌｌｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｅｆｆｅｃｔｇｉｖｅ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｎｅｘｔｔｏｔｈｅｓｕｂｗａｙ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｆｏｒｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｓｕｐｐｏｒｔｍｅｔｈｏｄ，ｉｔｇｉｖｅｓｓｏｍｅｒｅｌｅｖａｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｂｏｕｔｈｏｗｔｏｂｅｔｔｅｒｐｒｏｔｅｃｔｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｓｕｂｗａｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Keywords:ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｅｘｃａｖａｔｉｏｎ；ｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌ；ｓａｆｅｔｙ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
１引言
随着城市建设的飞速发展，越来越多的基坑工程紧贴运营地铁而建，为此类基坑的设计提出了更高的要求。此类基坑支护设计需要考虑支护结构本身的安全，更为重要的是要考虑运营地铁的安全与稳定，保证运营地铁能正常使用。
在营运地铁区间隧道和车站等地下结构周围进行任何的岩土工程活动，地下结构会产生相应的应力和变形反应，新建工程将会对既有工程原来的稳定性产生影响，这种影响最本质的原因是由于新建工程的施工引起围岩应力状态再次重分布，从而导致一系列的力学行为变化，造成地下结构周边荷载变化引起结构发生变化，其内力分布、变形特性和影响因素非常复杂。城市地铁工程是生命线工程且投资巨大，一旦出现事故，会造成巨大的经济损失和社会影响及生命安全危害。
地铁车站和区间隧道也是地下开挖工程，虽然在其结构建好后岩土地层的变形经调整后趋于稳定，但由于地下结构的刚度与周围土体的刚度不同，在邻近的深基坑开挖施工的挠动下，会出现地铁结构与周围土体变形不协调，这就涉及到基坑——
—土体——
—地铁结构三者相互作用问题。在深基坑的建设中，包括桩基础、地下连续墙及基坑开挖等施工行为，势必会引起坑底卸土回弹（隆起）、
建筑监督检测与造价
ＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＴｅｓｔａｎｄＣｏｓｔｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ第９卷第５期２０１６年１０月
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黄埔造船厂作者简介：夏志球，男，长江大学本科毕业，工程师，主要从事地铁设施结构安全保护和管理工作。
支护结构外（
后）面的土体侧移、地下水位变化以及坑外地面沉降等，显然会影响甚至改变其临近地铁隧道的应力应变状态，对其相邻地铁隧道使用功能及地铁安全产生影响甚至造成严重危害。
大范围的城市建设不可避免，造成相邻地块的基坑支护可能出现统一施工。造成相邻的基坑成为一个大基坑，此种情况对地铁保护不利。邻深基坑的统一同步施工，相比于单一基坑对其附近地铁隧道使用功能及地铁安全产生更加大的影响，
２工程概况
某项目北侧邻近黄埔大道，东侧接Ａ００５－２地块，南侧接花城大道地块，西侧为春融路（路宽４０ｍ），春融路的另一侧（西侧）为Ａ００２地块。拟建绿地中心建筑的设计标高与地面高程的关系为±０．００＝９．５０ｍ，场地现状地面标高约８．５０ｍ。根据规划要求，本地块可能连同东侧保利地块、南侧地下空间、西侧春融路地下空间等地块共同开发，即基坑可能一起大开挖。
本项目北面为黄埔大道，拟建地下室边线距黄埔大道约１４ｍ，在黄埔大道下为已经运营的地铁五号线科韵路￣车陂南站的盾构区间隧道，绿地中心
项目基坑沿黄埔大道和地铁隧道边的长度约为１６２ｍ，基坑周长为５２０ｍ。基坑北侧地下室边线与地铁隧道的走向基本平行或略有斜交，即距地铁隧道的距离由西北角边的１２．９４ｍ向东北角边渐变为１４．３３ｍ，地铁隧道埋深的顶部绝对标高为－９．７３￣－１０．２２ｍ。基坑开挖范围的地铁区间两条隧道净间距为６．５￣１０．０ｍ。左线隧道（靠近基坑侧的隧道）与基坑北面的支护桩外边线的最小水平投影距离以西北角点为最小，为８．８ｍ。
基坑北侧（靠地铁隧道侧）的现状地面标高约８．５０ｍ，结构底板垫层底的标高为－８．７０ｍ，考虑承台和垫层的厚度，基坑北侧的裙楼坑底的标高为－９．９０ｍ，即基坑开挖深度为１８．４０ｍ；隧道顶与基坑底的垂直高差为０．２２６￣０．２６４ｍ。基坑北侧中部拟建的塔楼（塔楼长约４５．７ｍ，宽约为２０ｍ），采用筏板基础，基础垫层底的标高为－１１．４ｍ，即基坑开挖深度
为１９．９ｍ；塔楼北边的投影边线距离基坑支护双排桩的内排桩边线距离约为１５．２７ｍ。基坑南侧（邻近花城大道）的现状地面标高约８．３０ｍ，底板垫层底的标高为－１０．２０ｍ，即基坑开挖深度为１８．５０ｍ。
各向异性导电胶场地位于广花凹陷、增城凸起和三水断陷盆地的交接部位，瘦狗岭断裂以南、化龙断裂以西区
表１场地岩土工程特性和岩土设计参数建议值表
Ｔａｂ．１Ｔｈｅｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏｃｋａｎｄｓｏｉｌ
土层名称
重度ｒ（ｋＮ／ｍ２）变形模量Ｅ（ＭＰａ）泊松比μ含水量Ｗ（％）凝聚力Ｃ（ｋＰａ）内摩擦角Ф（度）侧压力系数杂填土１７．５８０．３８－－１０１００．６１粉质粘土１８．０１６０．３５２７．４２０１８０．５４细砂１８．０２００．３０－－０２４０．４３中／粗砂１８．５３５０．２５－－０２８０．３３砾砂１９．０４５０．２４－－
０３２０．３１粉质粘１８．５４００．３２３５２２０．４７全风化１９．０７００．３１２７．８４５２８０．４４强风化２０．０１２００．２８２１．３６０３００．３８中风化２１．５７０
００．２５－－２００３２０．３３微风化
２３．０
１５００
０．２
－－４５０
３５
０．２５
夏志球：相邻地块基坑同步施工对附近运营地铁安全的分析和保护措施
２０１６Ｎｏ．５59
域。根据区域地质资料及钻探揭露，本场地下伏基岩为白垩系碎屑岩；场区无断层构造通过。场地地层具体见表１。
３计算形式分析
根据地铁隧道及该项目基坑的施工特点和场地岩土特性，采用ＭＩＤＡＳ－ＧＴＳ三维有限元大型分析软件对本项目进行动态施工模型分析，以计算基坑每道施工工况下对邻近地铁五号线区间隧道结构可能产生的影响大小及基坑开挖过程中地下水位变化对隧道结构产生的影响大小。
由于本地块可能连同东侧保利地块、南侧地下空间、西侧春融路地下空间等地块共同开发一起施工开挖，为了能更准确的反映本基坑开挖对地铁五号线隧道影响的实际情况，本评估报告还考虑联合大基坑施工的可能扩大的影响，为此本报告的分析计算又细分了以下两种情况进行分析和对比，分别为：
（１）分析本基坑（以下简称绿地中心基坑）整体开挖对地铁五号线隧道的影响，考虑基坑边线外三倍基坑深度影响范围，结合本项目基坑周边的环境情况，最终确定分析模型的规模大小对本项目绿地中心基坑为：长（沿地铁）×宽×高＝２７２ｍ×３２０ｍ×５５ｍ，确定的分析单元数量为４８２４５１个；
（２）分析本基坑东西两侧沿地铁隧道走向扩大一倍（两侧各外扩４５ｍ，以下简称联合大基坑）的整体开挖对地铁五号线隧道的影响。考虑周边基坑同时开挖的联合大基坑的范围为：长（沿地铁）×宽×高＝３６２ｍ×３２０ｍ×５５ｍ，这样确定的计算单元数量达到７６０２４１个。
根据基坑支护结构设计图，结合基坑的施工的工况，由于地铁五号线已经处于稳定和运营，因此在对分析计算模型施加场地初始地应力和施工地铁隧道结构后，进行位移场清零，再进行基坑的实际施工
放坡开挖至标高４．５０ｍ，施工支护桩和止水帷幕，然后再逐步开挖基坑到底。因此本项目的分析共分为５个工况流程，为：
ａ、工况一：初始自重应力分析；
ｂ、工况二：地铁隧道结构施工完成并稳定运营（位移场清零）。
ｃ、工况三：放坡开挖至标高４．５０ｍ形成平台，再施工支护桩和止水帷幕；
ｄ、工况四：逐步开挖基坑到底。
ｅ、对于工况三和四，再按照自然水位和基坑开挖降水到基坑的两种状况分别进行分析。
４计算结果分析
根据本项目基坑支护设计的平、剖面图及其与
图５本项目基坑单独开挖与地铁隧道的有限元三维俯视图
Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｅｘｃａｖａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｌ
ａｎｏｆｔｈｅｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌ
五号线右线
五号线左线
双排桩
杂填土（１）细砂（２－２）粘性土（３－１）
全风化含砾粉砂岩（４－１）强风化含砾粉砂岩（４－２）中风化含砾粉砂岩（４－３）微风化含砾粉砂岩（４－４）
建筑监督检测与造价第９卷第５期
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夏志球：相邻地块基坑同步施工对附近运营地铁安全的分析和保护措施２０１６Ｎｏ．５表２地铁隧道位移计算结果对比汇总表
Ｔａｂ．２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｕ
ｂｗａｙｔｕｎｎｅｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
邻近地铁隧道的空间关系，考虑岩土体为半无限体，选取的分析模型边界按基坑边线外三倍基坑深度范围来确定，模型以外土体不再考虑其变形，即设定为固定边界。因此对模型底部约束Ｚ方向位移，模型前后面约束Ｙ方向位移，左右面约束Ｘ方向位移。对地面考虑２０ｋＮ／ｍ２的施工荷载。
为了反映地下水位的变化对地铁隧道的不利影
响，本分析模型还专门对地下水位的变化进行了模拟分析，由于各工况下对应的地下水位动态降幅的具体估计存在一定难度，为偏于安全考虑，本模型假定开挖到基坑底时坑外的水位降至基坑底来模拟地下水位下降对地铁隧道的影响。同时与坑外水位在自然水位（地下１．５ｍ）时的模型进行对比分析，以判断地下水位下降对地铁隧道造成的不利影响。
图２基坑统一开挖与地铁隧道的有限元三维俯视图
Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ３Ｄｔｏｐｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌ
计算工况
绿地中心项目基坑整体开挖
（简称本基坑）
基坑扩大后的联合大基坑的整体开挖
（简称联合大基坑）
隧道最大水平位移（ＤＸＹ）
隧道最大竖向位移（ＤＺ）
隧道最大总位移（ＤＸＹＺ）双排桩最大水平位移（ＤＹ）隧道最大水平位移（ＤＸＹ）隧道最大竖向位移（ＤＺ）
隧道最大总位移（ＤＸＹＺ）双排桩最大水平位移（ＤＹ）工况三０．７６５１０．５２４５０．７９１３———１．１８１２０．５４３２１．１８２９———工况四３．８４３９
１．０８７７
３．８７５９
２６．６２０
礼品论坛
４．００５４
１．１２９６
４．０３８４
dpl２８．６３４
坑外地下水位到坑底
４．０４２００．５７７６４．０７８９２４．８９０４．２１１９０．５９８２４．２４９９２５．５７５
五号线右线
五号线左线
双排桩
杂填土（１）细砂（２－２）粘性土（３－１）
全风化含砾粉砂岩（４－１）强风化含砾粉砂岩（４－２）中风化含砾粉砂岩（４－３）微风化含砾粉砂岩（４－４）
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表３地铁隧道轴力和弯矩变化量的计算结果对比汇总表
Ｔａｂ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｘｉａｌｆｏｒｃｅａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｉｎｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌ
在基坑开挖过程中以及可能伴随着的地下水位的变化，地铁隧道结构的受力变化过程是比较复杂的。一方面表现在基坑开挖到坑底后，由于在地铁隧道侧边大量卸土，使得地铁隧道上部侧向的有效土压力减小，支护结构发生水平位移使得坑外土体发生应力释放而产生松弛效应，造成隧道结构向基坑侧发生移动；同时基坑的大量卸土造成基坑底部的岩土体发生回弹隆起又引起地铁隧道在侧移的基础上发生上台隆起变化。
当坑外地下水位在基坑止水帷幕全部有效，控制了地下水位的下降情况下，因基坑开挖卸载作用使得支护结构发生水平位移和土压力减小造成坑底土体的回弹隆起，自然引起地铁隧道的隆起和侧向移动，计算分析得到地铁隧道的最大水平位移为３．８４３９ｍｍ（联合大基坑为４．００５４ｍｍ），
垂直隆起位移为１．０８７７ｍｍ（联合大基坑为１．１２９６ｍｍ）；综合位移为３．８７５９ｍｍ（联合大基坑为４．０３８４ｍｍ）。
如果坑外的地下水位随着基坑开挖降到坑底时，地铁隧道结构向基坑内的最大水平位移为４．０４２０ｍｍ（联合大基坑为４．２１１９ｍｍ），最大隆起量为０．５７７６ｍｍ（联合大基坑为０．５９８２ｍｍ），最大
总位移量为４．０７８９ｍｍ（联合大基坑为４．２４９９ｍｍ）。
可见，虽然总体有位移变化但基坑施工引起的地铁隧道结构的位移量还是很微小的，大大小于地铁保护条例规定的最大附加绝对位移量限定的２０ｍｍ。
本项目可能与周边地块项目的基坑同步施工，因基坑范围扩大会对地铁隧道的影响加剧或扩大，计算分析时对本基坑沿地铁隧道走向的范围扩大了一倍，形成联合大基坑，并进行了相应的位移、应力的变化计算。联合大基坑与本基坑两者的分析结果差异见表４。
从表４对本绿地基坑和联合大基坑的影响分析可见，不同范围基坑的开挖对地铁隧道结构的影响结果的差异是存在的，即基坑范围越大对地铁隧道的影响程度也越大，基坑扩大后造成对地铁隧道的最大位移量增加，增加的比率为４．２０％；同时造成地铁隧道的上台量也有所明显，即增加的比率为３
分子动力学仿真．８％。可见联合大基坑整体开挖对地铁隧道结构存在一定的附加影响。但这只能够代表联合大基坑对地铁隧道影响的基本情况，实际上可能因联合的大基坑的范围比假定的绿地基坑２倍的范围更大或
计算工况
绿地中心项目基坑整体开挖
（简称本基坑）基坑扩大后的联合大基坑的整体开挖
（简称联合大基坑）Ｆｘｘ
ＦｙｙＭｘｘＭｙｙＦｘｘＦｙｙＭｘｘＭｙｙ基坑开挖前后隧道变化量２０３．１５
１９７．３５
２．９６
２．９３
２１７．１７
２０９．８５
４．２３
４．２１
坑外地下水位下降到坑底，基坑开挖前后隧道变化
２１２．０８２０６．３１４．２３４．２４２１９．００２１１．６８４．４９４．４８
表４联合大基坑与本基坑两者的分析结果差异
Ｔａｂ．４ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｊｏｉｎｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔａｎｄｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ
开挖范围
闫世可
隧道最大水平位移（ｍｍ）隧道最大竖向位移（ｍｍ）隧道最大总位移（ｍｍ）隧道最大轴力增量（ｋＮ／ｍ）隧道最大弯矩增量（ｋＮ／㎡）
双排桩最大位移（ｍｍ）本基坑①３．８４３９１．０８７７３．８７５９２０３．１５２．９６２６．６２０联合大基坑②４．００５４１．１２９６４．０３８４２１７．１７４．２３２８．６３４②—①变化量
０．１６１５
０．０４１９
０．１６２５
１４．０２
１．２７
２．０１４
建筑监督检测与造价
第９卷第５期
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