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深圳某鄰近地鐵隧道深基坑支護(hù)方案分析

文檔作者：吳伯建1，朱珍德1，高偉2，莫進(jìn)豐2，李愛國2 文檔來源： 1．河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所 2．深圳市勘察測繪院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月10日
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2012年10月上
第4l卷第374期
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 23
深圳某鄰近地鐵隧道深基坑支護(hù)方案分析
吳伯建1，朱珍德1，高偉2，莫進(jìn)豐2，李愛國2
(1．河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所，江蘇南京210098；2．深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳518028)
[摘要]以深圳市某深基坑工程為例，考慮到基坑開挖對地鐵結(jié)構(gòu)安全可能產(chǎn)生的不利影響，設(shè)計了兩種控制變形
較好的支護(hù)方式，通過數(shù)值模擬不同支護(hù)方式下基坑開挖的動態(tài)全過程，對其進(jìn)行了評價并對基坑支護(hù)方案選擇
和施工措施提出建議，結(jié)合監(jiān)測資料與數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，數(shù)值分析與實(shí)際監(jiān)測吻合較好。
[關(guān)鍵詞]地下工程；深基坑；地鐵隧道；支護(hù)；數(shù)值分析；監(jiān)測
[中圖分類號]TU753 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1002—8498(2012)19—0023-04
Comparison Analysis of Deep Foundation Excavation Supporting Systems
Adjacent to Subway Tunnel in Shenzhen
Wu Bojianl，Zhu Zhendel，Gao Wei2，Mo Jinfen92，Li Aigu02
(1．Geotechnical Research Institute，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098，China；
2．Shenzhen Geotechnical Investigation&amp;amp;Surveying Institute Co．，Ltd．，Shenzhen，Guangdong 5 1 8028，China)
Abstract：Considering some deep foundation excavation project in Shenzhen adjacent to Shenzhen Metro
Line 2，two different types of supporting systems were accordingly designed and the corresponding
construction processes were simulated considering the potential adverse influence on metro structures。In
this way，the appropriate supporting type was chosen as the supporting system and some suggestions were
proposed for the actual construction control according to the analytical results and comparison．It has been
shown that actual deflection curves from collected monitoring data have the trend similar to the predicted
results．
Key words：underground；deep foundation excavation；subway tunnels； supports； numerical
analysis；monitoring
隨著城市地下交通軌道的快速發(fā)展，城市深基
坑工程往往面臨更為復(fù)雜的周邊環(huán)境，不同于地面
建筑物和道路，運(yùn)營的地鐵軌道對變形的要求更
高，基坑開挖造成的位移沉降如果無法達(dá)到規(guī)范要
求會對地鐵的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。針對基坑開挖
對鄰近地鐵隧道影響這一問題，國內(nèi)外學(xué)者做出了
許多研究。由于基坑邊界條件過于復(fù)雜，采用解析
方法很難求解深基坑開挖對鄰近地鐵隧道的影響，
數(shù)值分析軟件則在這一研究領(lǐng)域得到了廣泛的
利用。
本文依托深圳市區(qū)某深基坑工程，采用數(shù)值模
擬軟件對不同支護(hù)方式下基坑開挖過程進(jìn)行動態(tài)
[收稿日期]2012-05—11
[基金項目]國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)資助項目
(2011CB013504)；國家自然科學(xué)基金項目(41272329)；深部巖土力
學(xué)與地下工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項目(SKLGDUEK0902)
[作者簡介]吳伯建，碩士研究生，E—mail：554619777@qq．coin
模擬，分析基坑開挖對鄰近地鐵隧道的影響，從而
對支護(hù)方式進(jìn)行評價和選擇，同時給出了一些實(shí)際
施工控制措施，以求為類似工程項目的設(shè)計和施工
提供參考。
1工程概況
某變電站工程位于深圳市區(qū)，總用地面積為
6 625m2。場地內(nèi)建筑物采用半地下室結(jié)構(gòu)，地上2
層，高度為12m，地下3～4層，基坑開挖設(shè)計深度分
別為13．15m(見圖1中A區(qū)域)、15．65m(見圖1中
B區(qū)域)，基坑底邊線周長約為269m。
基坑四周唯一的地面構(gòu)筑物為南側(cè)的加油站，
相距約50m，西側(cè)的道路邊線距離基坑邊線也是
50m左右，基坑?xùn)|側(cè)及東北側(cè)有兩條并行的地鐵隧
道通過，基坑邊線距地鐵隧道外側(cè)的最小距離為
40．38m，最大距離為57．02m，地鐵隧道外側(cè)邊線外
移15m為地鐵保護(hù)線。
工程場地內(nèi)巖土層分布及設(shè)計所需工程地質(zhì)
萬方數(shù)據(jù)
24 施工技術(shù)第4l卷
用地紅線
道路I 吾
N幽
＼上
參|．
坑邊線／地鐵保護(hù)線
圓地鐵2號線左側(cè)隧道
地鐵2號線右側(cè)隧道
圖l基坑平面示意
F嘻1 Plan of the foundation excavation
參數(shù)如表1所示，基坑及地鐵隧道與巖土層的關(guān)系
如圖2所示。場地內(nèi)地下水類型有第四系孔隙水和
基巖裂隙水2種，地下水埋深為5．80～7．20m，水位
動態(tài)變化受氣候和季節(jié)控制。
表1工程地質(zhì)參數(shù)
Table 1 Engtneering geological parameters
i-O．000
圖2基坑典型剖面
Fig．2 Typical geological profile
of the foundatiOff excavation
2基坑支護(hù)
基坑支護(hù)設(shè)計思路為樁撐與樁錨相結(jié)合的形
式，支護(hù)樁采用沖孔灌注樁，直徑1 200ram，水平間
距1．5m，作樁間旋噴樁止水帷幕。錨撐支護(hù)方案有
2種：①方案l對深13．15m的基坑采用單層鋼管
支撐，對深15．65m的基坑四角采用3層鋼管角撐，
南面中段采用3層預(yù)應(yīng)力錨桿(見圖3a)；②方案2
對深13．15m的基坑采用單層鋼管支撐，對深
15．65m的基坑則全部采用3層預(yù)應(yīng)力錨桿(見圖
3b)。
通過采用理正深基坑6．0軟件計算，上述兩種
拋／／弋≤保護(hù)線，7、颶伙俅∥玟
a方案l
粱
b辦案2
圖3基坑支護(hù)布置
Fig．3 Layout of foundation excavation
supporting systems
方案均滿足基坑的穩(wěn)定性要求。但是該基坑工程
的難點(diǎn)在于：基坑開挖深度較大，距離地鐵隧道保
護(hù)范圍較近，基坑開挖會導(dǎo)致地鐵隧道周邊土體卸
荷，使原有應(yīng)力場發(fā)生改變，進(jìn)而可能引起鄰近隧
道段的水平變形；基坑施工周期較長，開挖深度內(nèi)
存在強(qiáng)透水砂層，基坑開挖降水使周圍土體水位下
降，進(jìn)而引起隧道的豎向變形，產(chǎn)生的附加應(yīng)力對
土體變形的影響明顯。而基坑周邊的地鐵結(jié)構(gòu)對
變形的要求較高，為確保地鐵運(yùn)營正常與結(jié)構(gòu)安
全，有必要在基坑開挖前利用數(shù)值軟件分析模擬深
基坑開挖過程，提前對地鐵隧道的變形進(jìn)行預(yù)測與
分析，選擇合理的支護(hù)方案，減少工程風(fēng)險。
3基坑開挖數(shù)值模擬
3．1典型剖面選擇
考慮到基坑開挖深度和兩種方案的區(qū)別，取3
個典型剖面(見圖1)：①典型剖面l取在開挖深度
為13．15m的基坑區(qū)域(A區(qū)域)，該剖面兩種支護(hù)
方案一致，剖面編號為1--1；②典型剖面21，22取在
開挖深度為15．65m的基坑區(qū)域(B區(qū)域)的同一位
置，該剖面兩種支護(hù)方案不一致，對應(yīng)方案l的剖面
編號為21--21；對應(yīng)方案2的剖面編號為22—22。
3．2模型建立
采用數(shù)值軟件PLAXIS模擬基坑開挖的全過
＼蘼一
上
萬方數(shù)據(jù)
吳伯建等：深圳某鄰近地鐵隧道深基坑支護(hù)方案分析
程，并進(jìn)行變形和受力計算。計算模型采用水土耦
合，考慮基坑開挖地下水位下降的影響。其中土體
采用Mohr—Coulomb模型，支撐、錨索及圍護(hù)體等結(jié)
構(gòu)構(gòu)件采用線彈性模型模擬。
分析模型的水平方向按基坑工程實(shí)際情況進(jìn)
行建模，考慮一定的開挖影響范圍，剖面1．1對應(yīng)的
模型水平方向總長130m，剖面21—21，22—22對應(yīng)
的模型水平方向總長80m；深度則取至足夠深度，為
地表以下35m。對稱邊施加對稱約束邊界條件。采
用三角形15節(jié)點(diǎn)單元模擬土體，采用梁單元模擬灌
注樁，采用彈性支座模擬支撐，采用點(diǎn)對點(diǎn)錨桿單
元模擬自由段，采用土工格柵模擬錨索錨固段，采
用結(jié)構(gòu)單元模擬隧道盾構(gòu)片，采用彈塑性無厚度接
觸面單元模擬圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體之間相互作用。不
同剖面模型的計算過程如表2所示。
3．3計算結(jié)果與分析
得到的總位移云圖如圖4所示。由圖4可以看
出基坑開挖產(chǎn)生的位移變形主要發(fā)生在基坑坑底，
并逐漸向周邊范圍擴(kuò)散，支護(hù)方式一定程度上影響
了這種擴(kuò)散趨勢，比較剖面2‘一21和剖面22—22對
應(yīng)的云圖，樁錨方案對周圍土體的影響較大，基坑
坑頂?shù)奈灰七_(dá)到24ram，而樁撐方案僅為8ram；此外
樁錨方案的影響范圍也相對擴(kuò)大很多，在距離基坑
40m埋深lore處，樁撐產(chǎn)生的變形為樁錨產(chǎn)生變形
的75％。
基坑開挖到底的滲流分析如圖5所示，剖面
a剖面1—1
a剖面1 1
表2不同剖面模型計算步驟
Table 2 Calculation steps of different profile models
編號剖面l—1 ．剖面21—21 剖面22—22
． 考慮地鐵初始應(yīng)力考慮地鐵初始應(yīng)力考慮地鐵初始應(yīng)力
。
(1—2) (1—2) (1—2)
． 施工樁施工樁施工樁
‘
(3—4) (3—4) (3～4)
． 第1步開挖第1步開挖第1步開挖
。
(5～24) (5—24) (5—24)
． 支撐施工第1道支撐第1道錨索
(25—27) (25—30) (25—27)
， 降水及開挖到底第2步開挖第2步開挖
。
(28—32) (31—37) (28—40)
， 第2道支撐第2道錨索
’
(38—44) (4l一45)
． 第3步開挖第3步開挖
(45—50) (46—49)
。第3道支撐第3道錨索
’
(51—53) (50—51)
． 降水及開挖到底降水及開挖到底
’
(54～58) (52—56)
1—1水位最大降幅為1．3m，剖面21—21、剖面22—
22的水位最大降幅均為4．5m，地鐵隧道埋深約
18m，可知支護(hù)方式對水位影響不大。
布置地鐵隧道關(guān)鍵點(diǎn)A，B，C，D如圖2所示。
不同模型地鐵各關(guān)鍵點(diǎn)水平位移及沉降隨基坑施
工步變化的曲線如圖6所示。關(guān)鍵點(diǎn)水平位移由大
到小依次為A，B，C，D，沉降由大到小依次為B，A，
D，C，關(guān)鍵點(diǎn)A，B處在鄰近基坑的地鐵隧道的側(cè)邊
和上部，受基坑開挖影響最大。兩種支護(hù)方案造成
【mm】
l||
【mm】
I||
b剖面21_2一C剖面22—2：
圖4總位移云圖
Fig．4 Total displacement contours
b剖面2I 21 c剖面2：2：
圖5滲流變化
Fig．5 Variation of seepage
塒0叫UH廿0U080U0UHu8 h，虼K叼t矸強(qiáng)我掰弘”¨ ●oQ，^jObE《■*d1，d‘ZJ●^HMYo．o ‘，nXnY^Y^U、nX^Y^u)U、n℃^v)∞鼢般礎(chǔ)黯明解觚醞涮吣 剮pm≈^YjU、n≮^Y^v】U、nY^v) m，-；，‘zJ，^‘Z』1‘上●， ●8Z，pQ《a4j{，TlU2
萬方數(shù)據(jù)
施工技術(shù)第4l卷
暑
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施工步
a水平位移
￡l r。
引F鬻蕊?’??”鼬嘲嬲囅淫囂；}．zM·樁錨．．鵠嘟。
施工步
b沉降
圖6地鐵各關(guān)鍵點(diǎn)水平位移與沉降隨
基坑施工步變化曲線
Fig．6 Horizontal displacement and settlement of
subway tunnel key points in every construction step
的曲線變化趨勢存在明顯差異，樁錨后期變化較
陡，與開挖深度關(guān)系密切，當(dāng)開挖越過臨界深度后，
支錨效果逐漸削弱，位移增加明顯。
監(jiān)控地鐵隧道影響的有限元計算結(jié)果如表3所
示。結(jié)果中僅方案2(剖面1—1+剖面22—22)中水平
位移一項未達(dá)到地鐵保護(hù)監(jiān)控指標(biāo)的要求。
表3分析結(jié)果
Table 3 Analysis results Inm
變形及沉降而吾篆攔‰酉臀
4方案比較分析及施工建議
兩種支護(hù)方案控制變形的效果可以由數(shù)值分
析得出：①方案1基坑開挖卸荷產(chǎn)生鄰近地鐵隧道
的水平和豎向變形均<5ram，滿足了地鐵保護(hù)要求
的控制值，其控制變形優(yōu)于方案2；②價格上看，方
案l造價較低；③施工上比較，方案l由于同主體結(jié)
構(gòu)之間存在交叉作業(yè)(回填、拆撐、澆筑混凝土等)，
施工復(fù)雜，而方案2與主體結(jié)構(gòu)之間是完全獨(dú)立的，
施工較方便，但是施工時部分錨索末端進(jìn)入了地鐵
保護(hù)線的范圍，存在不利影響。
通過比較，方案1適合本工程。實(shí)際工程采用
了這一方案，施工中針對這一方案提出以下施工措
施及建議。
1)基坑為內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，施工空間小，建議采用
小型挖土機(jī)挖土，土方開挖遵循先撐后挖、對稱開
挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖、先排水后挖土的原則。
2)施工中確保支護(hù)樁的垂直精度，支撐梁、腰
梁的混凝土澆筑應(yīng)同時進(jìn)行以保證混凝土支撐體
系的整體性。
3)由于地層中存在強(qiáng)透水砂層，旋噴樁成樁質(zhì)
量可能會受到影響，抽芯檢測若高壓旋噴樁出現(xiàn)泥
漿流失、樁位偏移問題則應(yīng)加強(qiáng)施工措施，確保止
水帷幕的封閉性。
4)密切關(guān)注靠近地鐵側(cè)地下水位變化，當(dāng)?shù)叵?
水位下降超過3m時，建議停止坑內(nèi)降水，同時采取
回灌措施來恢復(fù)地下水位。
5)地鐵結(jié)構(gòu)沉降和水平位移實(shí)時監(jiān)測，以求達(dá)
到預(yù)警值時可以及時采取措施處理。監(jiān)測點(diǎn)布置
在鄰近基坑地鐵隧道側(cè)對應(yīng)范圍內(nèi)，間距為10m，取
若干典型沉降監(jiān)測點(diǎn)得到的監(jiān)測變化曲線如圖7所
示，與圖6比較可以看出：監(jiān)測與數(shù)值分析得到的曲
線變化趨勢吻合，監(jiān)測最終值稍偏大但與數(shù)值模擬
分析結(jié)果相近，且并未超出規(guī)范要求值。
g
E
趔
聰
綢
0 20 40 60 80 100 120
觀測時問，d
——I)丁CJl一DTCJ2一DTCJ3
圖7地鐵結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測曲線
Fig．7 Settlement monitoring curve of subway structure
5 結(jié)語
1)通過數(shù)值分析方法，對兩種不同的支護(hù)形式
進(jìn)行了對比，針對地鐵側(cè)的變形控制要求。選擇了
合理的支護(hù)形式，結(jié)果表明，樁撐方案變形控制效
果明顯優(yōu)于樁錨，確保了地鐵的正常運(yùn)營和結(jié)構(gòu)安
全，在鄰近地鐵且變形控制要求較高的基坑設(shè)計中
應(yīng)優(yōu)先考慮樁撐方案。
2)兩種支護(hù)方式下基坑開挖對滲流的影響一
致，說明兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)對水位的影響不大，主要取
決于止水帷幕。
3)由地鐵隧道關(guān)鍵點(diǎn)水平位移和沉降隨基坑
施工步變化曲線圖可得：基坑開挖誘發(fā)鄰近地鐵隧
道產(chǎn)生的水平位移值大于沉降值，支撐、錨索施工
是曲線變化的拐點(diǎn)，影響著曲線變化趨勢，支撐方
案下位移隨開挖深度的增加而逐漸增大，支錨方案
后期隨著開挖變深曲線變化趨勢較陡，位移變化幅
度較大。
4)由于邊界條件及現(xiàn)場施工的復(fù)雜性，數(shù)值模
擬無法完全模擬實(shí)際工況，但通過模擬結(jié)果提前進(jìn)
(下轉(zhuǎn)第40頁)
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水水豎 平平向 變變沉 形形降 m乞L 盯M¨ Z
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護(hù)鐵結(jié) 樁隧構(gòu)
支地
萬方數(shù)據(jù)
施工技術(shù)第41卷
梅花形布設(shè)。超前錨管施工采取人工用風(fēng)鎬頂入，
打設(shè)角度10?！?00。注漿采用1：(0．4～0．8)水泥
水玻璃雙液漿，注漿終壓控制在lMPa左右。
5)噴射混凝土施工噴射混凝土采用潮噴施
工工藝，要求噴射風(fēng)壓為0．3～0．5MPa，噴頭距受噴
面的距離控制在1．0～1．5m。經(jīng)試驗(yàn)確定C20噴射
混凝土配合比如表2所示。
表2混凝土配合比
Table 2 Concrete mix proportion
水泥細(xì)骨料粗骨料水外加劑
理論配合比1 2．16 1．84 0．43 0．05
施工用量／(kg·m。)430 934 796 215 25
墨壟旦量!(豎：竺：：2 11 111 11 11 1
6基坑實(shí)施效果評價
根據(jù)施工過程中對基坑的變形監(jiān)測結(jié)果(見圖
6)，基坑水平位移最大值在30mm以內(nèi)，周邊地面沉
降在35mm以內(nèi)，支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降變形值在50mm以
內(nèi)。基坑變形速率最大時段發(fā)生在基坑開挖過程
中，在基坑封底注漿完成后，其變形逐漸趨于穩(wěn)定。
萋·
螓
日期／(月一日)
圖6基坑變形曲線
Fig．6 Deformation curve of the foundation excavation
本工程在施工期間未因基坑變形影響周邊管
線的正常使用及道路車輛的安全通暢，達(dá)到了設(shè)計
預(yù)期效果，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，整
體實(shí)施狀況良好。
根據(jù)上述基坑變形圖并結(jié)合施工過程分析，基
坑支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降變形較大的原因及預(yù)防措施如下。
1)型鋼復(fù)合噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工是從上至下
逐榀連接形成，在安裝下榀型鋼鋼架時，須將已形
成的墻體下土體掏空，隨著基坑深度的增加，其支
護(hù)結(jié)構(gòu)在自重作用『F會產(chǎn)生一定的向下沉降變形。
2)基坑深井降水會引起一定的地面沉降。
3)降低沉降變形措施：①增加鎖口圈的寬度是
降低型鋼復(fù)合噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降的最有效方法；②
根據(jù)土質(zhì)及具體情況，合理確定每榀型鋼鋼架安裝
分段長度，可以控制支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降變形；③土方開
挖后，及時施工支護(hù)結(jié)構(gòu)及加設(shè)內(nèi)支撐，盡量減少
其暴露時間；④基坑封底后，迅速對坑底土體進(jìn)行
注漿加固。
7結(jié)語
通過本項目的順利實(shí)施，可以證實(shí)型鋼復(fù)合噴
錨支護(hù)結(jié)構(gòu)用于復(fù)雜環(huán)境地質(zhì)條件具有良好的效
果，可以得出以下結(jié)論。
1)型鋼復(fù)合噴錨支護(hù)施工無需大型機(jī)械設(shè)備，
用于復(fù)雜環(huán)境條件、支護(hù)作業(yè)面狹小的基坑中，可
以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
2)通過有效控制型鋼復(fù)合噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)水平
位移，其支護(hù)墻可同時用作地下室外墻一部分(用
作地下外墻時，需做內(nèi)襯)，可以降低工程總造價。
3)該支護(hù)結(jié)構(gòu)用于基坑平面呈方形或條形的
工程中取得成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，用于基坑平面不規(guī)
則、布設(shè)內(nèi)支撐難度大或無法布設(shè)內(nèi)支撐的基坑中
尚無實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用時需慎重考慮。
參考文獻(xiàn)：
[1] 趙志縉．簡明深基坑工程設(shè)計施工手冊[M]．北京：中國建
筑工業(yè)出版社，2000，
[2] 劉俊巖．深基坑工程[M] 北京：中國建筑工業(yè)出版
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(上接第26頁)
行預(yù)測分析，可為支護(hù)形式選擇提供科學(xué)的依據(jù)，
施工期間則應(yīng)結(jié)合實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步對比
分析。通過比較分析，數(shù)值模擬分析的結(jié)果可以為
基坑支護(hù)的設(shè)計和施工提供指導(dǎo)。
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