鲁玉忠 凡明杰

(黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

随着我国城镇化进程加快，节约集约用地，为市民提供快速通达的交通，下穿隧道及地铁发展强劲，隧道与地铁交叉时有发生。高水位条件下隧道基坑底部软土具有低强度和高压缩性，使得被动区提供抗力不足，支护结构产生很大的水平位移或失稳破坏，从而对交叉的地铁安全带来严重影响。通过佛陈路下穿隧道设计计算、研究，被动区加固对减少支护结构变形及地铁变形效果十分显著。

1 工程概况

佛陈路隧道位于佛山市顺德区，隧道为双向六车道，全长620 m，其中西侧开口段长为265 m，闭口段长为115 m，东侧开口段长为240 m。基坑起点段约140 m范围内，与地铁2号线平面位置重叠，地铁位于隧道底板下方约9 m。佛陈路为一级公路，基坑施工期间，北侧佛陈路辅道保留3车道通行；佛陈路北侧紧邻文登河。工程平面布置见图1。

基坑及坑底以下土层，分别为素填土、淤泥质土、粉砂、淤泥质土、粉砂、粉土。淤泥质土软土为流塑状态，素填土和粉砂为透水层且水位高。

2 基坑支护设计

根据建设时序，地铁2号线先于隧道施工。基坑最大支护高度9.2 m。支护方案为：基坑深1.0 m～2.5 m采用钢板桩悬臂支护；基坑深2.5 m～6 m采用钢板桩+1道钢支撑；基坑深6 m～8 m采用钻孔桩+1道钢筋混凝土内支撑；基坑深8 m～9.2 m采用钻孔桩+1道钢筋混凝土内支撑+1道采用钢管支撑。采用直径0.85 m@0.65 m三轴水泥搅拌桩止水。

隧道基坑北侧为一级公路、紧邻文登河、与地铁线位重叠，本工程所处环境非常复杂。因此控制基坑与地铁变形量、防止管涌及基坑稳定是本工程的难点。对于软土基坑，基坑底被动区加固是控制基坑变形、防止管涌及基坑稳定的有效手段。本项目被动区采用常规设计方法，即基地底采用宽5 m、深5 m，直径0.55 m@0.40 m搅拌桩进行被动区加固[1-3]。基坑支护方案见图2。

地铁的变形比基坑变形控制更为严格，本工程采用Midas-GTS NX有限元软件进行分析计算[4]。

3 计算分析

利用有限元软件分别进行三维建模和二维控制断面建模。模拟计算隧道开挖支护不同工况条件下对临近地铁的影响。

3.1 基坑未设置被动区加固

根据项目基坑与地铁盾构隧道的空间关系以及基坑工程支护结构设计及基坑工程施工特点，建立三维有限元计算模型，图3为三维有限元模型轴视图。

模型中的地层主要根据公路隧道基坑邻近地铁隧道的工程地质资料进行适当简化，地层自上往下依次为砂性素填土、淤泥质土、粉砂、细砂、泥岩。各地层的计算参数取值主要依据工程经验和工程地质勘察报告综合分析确定。三维有限元计算模型的边界条件为：模型底部Z方向位移约束，模型前后面Y方向约束，模型左右面X方向约束。

由三维模拟分析结果可知，见图3～图5，坑内不加固处理项目基坑施工诱发地铁隧道结构的最大水平位移为20.4 mm，最大竖向位移为22.2 mm，最大总位移为26.9 mm。

可见，基坑施工诱发下方地铁隧道结构的位移量较大，已超规范容许值，基坑施工对地铁隧道结构产生的影响较大。

3.2 基坑设置被动区加固

深厚软弱土层，基地不设置被动区加固不但基坑本身位移较大，而且诱发邻近地铁产生较大位置，图6～图8是本工程对于设置被动区加固的三维模拟分析。

在不考虑地下水渗流情况下，设置被动区加固后隧道最大竖向位移2.5 mm，最大水平位移0.73 mm，均小于相关控制标准。

隧道差异沉降控制值不大于0.04%Ls(即20 mm)，隧道轴向间距取与佛陈路隧道基坑重叠区域50 m范围。最大差异沉降为1.23 mm，小于控制标准，地铁轴向差异沉降见表1。

表1 地铁轴向差异沉降

三维模型较难模拟施工和降水相互耦合的工况，采用二维模型对下穿隧道代表性断面进行施工和降水耦合分析，取2.5 m深基坑为例模型图见图9，图10。隧道位移计算结果见表2。

区间隧道各开挖降水工况二维计算最大竖向位移为3.39 mm，最大水平位移为1.12 mm；后期运营二维计算最大竖向位移为2.58 mm，最大水平位移为0.77 mm，三维计算最大竖向位移2.5 mm，最大水平位移0.73 mm。二维和三维计算均小于盾构隧道沉降量不大于10 mm，水平位移量不大于5 mm的要求。隧道最大径向收敛为1.45 mm远小于15 mm控制值。

表2 隧道位移计算结果统计

4 隧道位移监测

目前隧道主体结构已施工完成，根据对地铁变形监测，区间隧道最大竖向位移为2.1 mm，最大水平位移为0.71 mm，基坑开挖过程中隧道变形与计算理论值基本吻合(见表2)。

5 结语

对于高水位深厚软土地区，当被动区不做加固处理时，基坑施工诱发地铁隧道结构位移超过规范容许值，对地铁安全影响较大；当被动区加固后，基坑施工诱发的邻近隧道的位移均在规范规定的控制值范围内，基坑施工对隧道的影响较小。由此对于深厚软土地区应采用坑内被动区加固措施，不但可有效降低基坑变形，还可控制对邻近隧道的影响，保护地铁隧道结构的安全。