基坑降水对邻近地铁变形影响分析

摘要：城市地铁隧道的位移和变形都需要进行严格的控制，而基坑降水一定会造成周围土体的沉降，如果在降水过程中不能合理的采用降水方案，邻近的既有地铁隧道会受到基坑降水影响而不能正常运行。因此，本文结合深圳中兴通讯总部大厦基坑支护工程，开展了基坑降水对邻近地铁隧道的二维有限元分析研究，其结果可以为该工程后期基坑降水开挖提供理论依据。

关键词：地铁隧道；位移；变形；基坑降水；分析研究；借鉴

Analysis of influence of foundation pit dewatering on deformation of adjacent Metro

ZOU Liang

（Shenzhen Dasheng Science and Technology Engineering Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518057）

Absrtact：The displacement and deformation of urban metro tunnel need to be strictly controlled，and the foundation pit dewatering will cause the settlement of surrounding soil.If the dewatering scheme can not be used reasonably in the process of dewatering，the adjacent existing metro tunnel will be affected by the foundation pit dewatering and can not operate normally.Therefore，combining with the foundation pit supporting project of ZTE headquarters building in Shenzhen，this

paper carries out two-dimensional finite element analysis of foundation pit dewatering for adjacent Metro tunnels.The results can provide theoretical basis for the later dewatering of the project.

Key words：Metro Tunnel；Displacement；Deformation；Foundation Pit Dewatering；Analysis and Research；Reference 0 引言

当前城市中紧邻地铁车站的基坑工程逐渐增多，正确分析和评价侧方基坑降水对其造成的影响显得至关重要。目前大多数研宄都是关于基坑开挖对侧方或坑底隧道的影响，大部分相关研宄都忽略了地下水对地铁结构的作用。本文依托深圳中兴通讯总部大厦基坑支护工程，通过有限元模拟的手段，研究了基坑降水开挖对地铁车站和隧道位移变形的影响。

基坑开挖前都要先降水，降水施工危害地铁结构的机理主要有两方面。一方面，坑内抽排造成水位下落，根据有效应力原理，当孔压消散，有效应力增长。在有效应力作用下基坑周边土层发生了进一步的沉降，带动地铁结构产生竖直方向的变形；另一方面，降水会诱发地下水渗流，在土颗粒上施加渗流作用力，改变土体应力状态。变化的土体又反过来影响地下水渗流参数，导致孔隙水压力进一步变动，如此耦合作用，极大的改变作用在地铁结构上应力分布特征。 1 降水方案

深圳中兴通讯总部大厦基坑支护工程场地地层中靠近地铁侧有填石等强透水层，基坑以下有淤泥质黏土层、砾质黏土层等弱透水层，素桩嵌入坑底以下5.0m。咬合桩作为截水帷幕是一种较为可靠的挡水、截水结构。

基坑开挖完成时，基坑内疏排水，坑内地下水位降至坑底以下。根据渗流的原理，地下水渗流进入基坑内，基坑周边地下水位受此渗流影响，会形成漏斗状浸润面。坑外地下水位降低和对降水对周边环境的影响，可以通过有限元模拟渗流计算确定。根据地质勘察报告，在场地基坑开挖深度范围内的地层主要有：填石、淤泥、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩，本场地

基坑工程除填石、中风化花岗岩外其余土层均属于相对弱透水层。

据地层条件和基坑支护设计综合分析，本工程基坑开挖坑底降水，不可避免地引起基坑外侧场地地下水位降低，导致地层土体有效应力增加，产生地面附加沉降，从而有可能影响临近的轨道交通设施正常使用和安全。本章将根据设计方案所提出的条件，分析这种影响的量。 2 分析方法和相关简化

根据经验初步判断，基坑开挖降水对周边的影响问题比较复杂，为了能够进行定量分析，有必要作一些合理简化。 具体的分析方法和相关简化如下：

（1）基本假设：1）渗透系数各向同性；2）土层物理力学性质各向同性；3）地下含水层厚度和压缩层厚度取至中风化表面；4）基坑开挖降水简化为平面应变问题；5）不考虑时间因素，只计算降水漏斗稳定后的沉降量。

（2）地下水变化分析方法：首先采用渗流计算软件和经验方法（等代大井法）计算出基坑外的浸润线，与原地下水位对比得到坑外地下水的降深。

（3）附加沉降分析方法：在上述计算结果的基础上，采用有限元软件计算该水位降深时，水位下降引起的有效应力的增大值和附加沉降值，其主要原理如下：当水位变化时，土中总应力不变，根据有效应力原理，∆σ′= −∆u（如图2.1）。

图 2.1 有效应力增量分布

对于有效应力发生变化的降水疏干层（降水面与天然水面之间土层，并假设为一层情况），有效应力增量是三角形分布，取其平均值并假设为矩形分布： 3 计算断面和计算模型

选取靠近地铁侧的基坑支护剖面作为计算平面，其基坑支护断面如图3.1所示。其中深圳湾通道结构下面的淤泥性质太差，不符合实际情况，根据实际情况人为调整土体弹性模量，这里按照填石弹性模量进行调整。

图 3.1 基坑支护3’-3’断面有限元计算二维模型图 4 边界条件和计算参数

约束侧面水平向位移约束，约束底部竖向位移，模型计算力学和渗流参数如表4.1所列参数，土体本构模型采取土体硬化模型，边界条件如图4.1和4.2所示。 表4.1 主要岩土层的物理力学参数 图4.2 模型渗流边界条件图

5 计算断面对地铁隧道的影响分析

为了评估基坑降水作用引起周边环境和下穿地铁变形的影响，采用plaxis有限元计算软件，参照各基坑支护断面和地层信息建立二维有限元分析模型，采用渗流和固结变形分步耦合计算基坑开挖对周边环境和地铁的影响。计算工况如下： （1）工况一（隧道建设后初始场地，场地水位为2.0m） （2）工况二（施工止水帷幕，基坑内侧降水至-7.0m）

通过渗流计算和土工内力变形有限元软件分析，基坑内侧降水至-7.0m时，基坑外侧水位下降约1.0m，将基坑降水对地铁9号线和11号线的影响值统计如下表5.1所列。

表5.1 基坑邻近设施位移变形值模拟计算成果表 6 结论与建议

（1）现有支护方案中水位下降对深湾站附属结构的影响最大，因此有必要严格监控围护结构外侧水位变化，必要时采用地下水回灌等措施，控制地下水位的

降深不大于1.0m。

（2）轨道交通设施结构内力和位移的变化是周边地下水和土体应力变化的叠加效应。

（3）基坑施工止水帷幕采用咬合桩与三管旋喷桩，止水效果好，另外坑外有较厚的填石层，其透水效果好，基坑降水开挖后地连墙侧坑外水位降幅小于1.0m。 参考文献：

[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2009：183-616.Liu Guobin，Wang Weidong.Handbook for foundation pit excavation engineering[M].2nded.Beijing：China Architecture and Building Press，2009：183-616.

[2]龚晓南.基坑工程实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2006：122-161.Gong Xiaonan.Examples of Deep Excavation Engineering[M].Beijing：China Architecture and Building Press，2001：122-161.

[3]姜兆华.基坑开挖时邻近既有隧道的力学响应规律研究[D].重庆大学，2013. [4]刘庆晨.邻近施工对天津既有地铁隧道的影响及保护研究[D].天津大学，2013.

[5]卞荣森.逆作法基坑开挖及降水对邻近地铁车站和隧道结构的影响研究[D].云南大学，2017.