新建基坑對地鐵結構安全評估分析范文
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摘要：隨著我國基礎設施的大力發展，城市地鐵密度也越來越大，同時城市大型建筑的施工，必然引起地鐵結構運維造成安全影響。現以某城市商業大廈基坑開挖對近臨地鐵區間結構影響為工程背景，結合大型ANSYS有限元數值分析模擬，評估基坑開挖對近臨地鐵的安全影響。主要內容包括:(1)評估內容及方法；(2)評估結論；(3)評估建議。
0引言
隨著城市用地的不斷緊張，基坑的所在環境也越來越復雜，臨近處也常有市政公用設施等永久性建筑，隨著基坑的開挖，既要有效保護既有結構物，也要保證基坑的安全施工[1]。近年來，計算機硬軟件高速發展，有限元法在工程模擬中越來越得到廣泛使用，國內外學者專家已經開展了大量研究[2-4]。現以某城市商業大廈基坑開挖為工程背景，采用ANSYS大型有限元軟件模擬基坑開挖對近臨地鐵盾構區間結構的安全影響分析。商業大廈基坑長65m，開挖最大寬度60m，開挖深度18.5m，圍護樁長23m。基坑右側距離盾構隧道左側15m。
1評估內容及方法
1.1評估范圍
根據新建未來時間基坑與既有地鐵盾構區間的相對位置關系及影響范圍，選取了本次評估的范圍。平面范圍包含基坑南側圍護結構、與基坑對應的地鐵盾構區間（左線）均列入評估范圍，深度范圍為基坑底向下大于1倍基坑深度即40m。
1.2評估內容
（1）建立二維、三維計算模型，模擬未來時間基坑施工及使用期間對既有地鐵盾構區間的影響，提供未來時間基坑圍護結構變形、既有地鐵盾構區間結構變形等相關分析結果。（2）根據基坑的施工過程對既有地鐵區間結構的分析和計算結果，分析地鐵區間結構的安全性影響。（3）對未來時間基坑圍護結構、既有地鐵盾構區間結構提出變形控制指標要求。（4）對基坑施工、監控量測、應急預案提出合理化建議。
1.3評估思路
新建基坑工程對既有地鐵區間結構的安全性影響評估是本報告的評估重點。主要通過收集、整理和分析各種地質、設計和現狀調查、檢測資料，運用數值分析、工程類比和專家評議等多種方法，預測基坑工程施工引起既有地鐵區間結構的變形變化，在此基礎上評價既有地鐵區間結構是否安全，是否滿足正常使用的要求。
1.4評估方法
本次計算采用ANSYS商業大型通用軟件，模擬新建基坑的施工過程，提供既有地鐵區間結構的變形分析結果，評估既有既有地鐵區間的安全性，并根據正常使用的要求，綜合各種影響因素，提出新建基坑工程施工時對既有地鐵區間結構的變形控制標準和保護措施。
2評估結論
2.1基本結論
（1）從基坑開挖對既有地鐵區間隧道的影響程度角度出發，相對于三維模型，二維模型計算結果偏于保守。（2）無論二維模型還是三維模型，計算結果均表明：在基坑開挖過程中，既有地鐵區間隧道結構有明顯的向基坑方向整體移動趨勢，施工結束后近基坑側隧道整體水平移動約14mm；近基坑側隧道有整體抬升特征，遠基坑側隧道有整體下沉特征，施工結束后近基坑側隧道整體抬升量約8mm左右，遠基坑側隧道整體下沉量約2-3mm。（3）計算結果表明，基坑施工過程中既有地鐵區間隧道的凈空收斂變化不明顯，隧道襯砌管片結構的應力變化也不顯著。根據二維無土釘模型的計算結果，基坑施工過程中既有隧道結構安全系數和裂縫寬度滿足相關規范的要求。（4）二維模型表明，樁間土釘對控制隧道變形和改善結構受力狀態有力，施工過程中應加強管理、確保其施工質量。（5）三維計算結果表明，基坑基底隆起及圍護樁下部位移較顯著，建議優化樁長和第二道錨索的設計參數，并在施工過程中設計完善的施工分區和開挖步序方案。
2.2控制基準
根據計算情況，并結合《城市軌道交通工程監測技術規范》（GB 50911-2013）相關規定，建議施工過程中基坑及盾構區間隧道的變形控制基準按如下進行執行。基坑監測項目樁頂水平位移累計變形不超過20mm,變形速率不超過2mm/d；樁體水平位移累計變形不超過35mm,變形速率不超過3mm/d；地表沉降累計變形不超過30mm,變形速率不超過3mm/d。盾構隧道監測項目管片結構沉降或水平差異位移累計變形不超過20mm,變形速率不超過3mm/d；管片結構差異沉降或水平差異位移累計變形不超過0.03%L（L為兩監測斷面的間距）；管片結構凈空收斂累計變形不超過10mm,變形速率不超過3mm/d。
3評估建議
3.1施工建議
（1）施工應嚴格按相關規范、規程和設計執行，確保施工質量。（2）設計科學、合理的基坑開挖方案，嚴格執行分區、分層開挖技術要求，嚴禁大拉槽開挖，建議每層深度：粘性土不大于2.0m，砂性土不大于1.0m。（3）基坑開挖過程應隨挖隨支，確保樁間土的穩定。（4）施工過程中應加強防排水設施的布設，確保地表及基坑內排水的通暢，防止由于大氣降水或地下管線滲漏而出現險情。
3.2監控量測建議
（1）本工程應按一級監測項目開展監測工作。（2）施工中設計完善的監測方案。（3）監測數據應及時分析處理，并將監測資料定期報送軌道公司相關部門。
3.3應急預案建議
（1）整個施工均應嚴格按規范和設計要求進行，認真按技術規程操作，防止出現任何險情；并應提前作好搶險預案，防患于未然。（2）制定針對性的應急預案，保證在發生問題時各相關單位及人員能夠及時有效地進行處理，避免造成較大的損失并把不良影響降低到最低限度。（3）對既有地鐵區間結構發生較大變形問題，應有專項應對預案，確保基坑施工期間既有地鐵區間結構的穩定及正常使用。
參考文獻：
[1]赫名然.深大基坑幾何尺寸對地鐵結構變形影響分析[D].北京交通大學,2015.
[2]王印.基坑開挖對緊鄰地鐵車站影響的位移分析及施工保護措施研究[D].同濟大學,2008.
[3]楊敏,周洪波,楊樺.基坑開挖與臨近樁基相互作用分析[J].土木工程學報,2005,38(04):91-96．
[4]曾遠，李志高，斌．基坑開挖對鄰近地鐵車站影響因素研究[J].地下空間與工程學報,2005(04):642-645.
作者：孫洪碩1；郭普祥2 單位：1.鄭州鐵路職業技術學院，2.中牟縣天宇規劃測繪隊
