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基坑开挖引起的地铁隧道变形环境评估 1、概述 东方路下立交工程位于上海浦东张杨路、东方路、世纪大道多条干道的交汇处，与地铁 2号线45°斜交。见图1。基坑开挖导致的土体卸荷必然引起基坑底部土体回弹和周围土体移 动，因此开挖施工对下部的地铁隧道变形影响极大，稍一不慎，可能严重威胁地铁运营的安全。 而现行标准对地铁隧道的变形要求极其严格， 结构最终绝对位移不能超过 20mm，变形曲线 的曲率半径不小于 15000m，相对弯曲不大于 1/2500。为保护地铁的正常营运，准确预测基坑 开挖引起地铁回弹变形，控制隧道位移成为急需解决的问题。 为了保护运行中的地铁， 对基坑开挖引起的对周边环境变形影响进行评估， 本文采用有 限元数值分析的方法，对基坑开挖引起的地铁变形进行了相关计算，实际监测结果证明该方法 进行地铁变形预测是可行的。 图1 图1、东方路下立交基坑工程与地铁 2号线相交平面图 隧道上方基坑开挖深度为 6.63m，运营地铁二号线隧道大多位于 上海第④层灰色淤泥 质粘土中。地下水位位于地面以下 0. 5 m。场地工程地质特性见下表： 表1工程地质列表 层号 土层名称1 层号 土层名称 1 填土 (m) (kN/m3) c(kPa) 角林 ° ) 1.55 18 5 9 2-1 粉质粘土 1.13 18.4 10 28 2-2 粉质粘土 0.82 17.7 13 22 3-1 淤泥质粉质粘土 1.08 17.7 14 21.5 3-2 砂质粉土 2.28 18.3 3 34.5 3-3 淤泥质粉质粘土 2.46 17.2 13 20 4 淤泥质粘土 8.7 16.6 14 9 5-1 粘土 2.4 17.9 19 13.5 5-2 粉质粘土 3.9 18.1 18 23.5 6 粉质粘土 4.25 19.4 43 20.5 7-1 粘质粉土 8.69 18.4 3 35.5 7-2 粉砂 50 18.7 3 36 隧道顶部距离开挖面底部仅仅 2.8m，为了确保隧道安全，在上方基坑开挖前，对隧道 以及周边土体进行了地基加固。 9帕 ? N3 N2 Nl S1 一玄祜 图2地铁与基坑位置关系图 2、有限元法分析方法 分析中土体单元划分采用三角形单元剖分方法【 1】；围护结构、邻近基础、工程桩和隧 道采用梁单元；内支撑采用弹簧。 围护结构与土之间设了接触面单元。考虑了围护结构、邻近基础、工程桩和隧道与土体 共同作用。 剖分的单元图形如下图: 图3单元剖分图 在计算时，土体的弹性模量根据同济启明星基坑开挖环境影响分析软件 JK3E的自动计 算，按以下参数选用： 表2 层号 土层名称 厚度 (m) 弹性模量 (MPa 泊松比 1 填土 1.55 10.167 0.32 2-1 粉质粘土 1.13 20.103 0.35 2-2 粉质粘土 0.82 27.277 0.35 3-1 淤泥质粉质粘土 1.08 33.917 0.35 3-2 砂质粉土 2.28 46.28 0.35 3-3 淤泥质粉质粘土 2.46 62.908 0.35 4 淤泥质粘土 8.7 97.008 0.4 5-1 粘土 2.4 131.675 0.35 5-2 粉质粘土 3.9 154.618 0.35 6 粉质粘土 4.25 187.087 0.35 7-1 粘质粉土 8.69 238.35 0.35 7-2 粉砂 50 468.913 0.35 3、有限元计算结果 根据以上条件，通过计算，发现东方路基坑开挖引起的变形分布总体得到控制，变形比 较均匀，见图4~7。8645.6 较均匀，见图4~7。 864 5.6 O O48 24 3.2 1.6 1.6 0.8 (mm)图4、基坑开挖引起的水平变形等值线 (mm) 8 6.4 4.8 4 3.2 2.4 1.6 0.8 0 -0.8 -1.6 -2.4 -3.2 -4 -4.8 -6.4 -8 图5、基坑开挖引起的水平变形云图 由上图可知，东方路基坑开挖引起的水平变形基本上都是朝向基坑内部的水平变形, 坑背面土体的变形在基坑边缘处最大，越往外水平变形越小。 / ■ 486 °6 2羊 1.8 1.2 ■ c I O6 \ 那一一-* Q -：57.…7 5.3 \ 1 52 .5- 57 . —1 -1 ,? r 1 「 1 W 1 4丿? | 1 0 11 1 1 厶 1 ■ 图6基坑开挖引起的竖向变形等值线 (mm) (mm) 6 4.8 3.6 3 2.4 1.8 1.2 0.6 0 -1.75 -3.5 -5.25 -7 -8.75 -10.5 -14 -17.5 图7基坑开挖引起的竖向变形云图 由上图可知，东方路基坑开挖引起的竖向变形基坑背侧土体总体上都是下沉， 基坑内部 土体总体都是隆起变