【摘 要】
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城市轨道交通是城市发展的必然产物,它有效地解决了城市居民的出行问题和城区有限空间的集约开发,提供一个安全、舒适和准时的出行体验。但城市轨道交通作为线性工程,穿越的城区范围大、面积广,在经济发展发达的中心城区,不可避免地与其他建筑物出现交叉、并行或者穿越的情况。为在密集建筑分布的城区获得发展空间,城市的地下空间不断地“向下垂直”发展,这必然导致对土体的开挖和扰动,另一方面,限于轨道交通线路与城市其他
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城市轨道交通是城市发展的必然产物,它有效地解决了城市居民的出行问题和城区有限空间的集约开发,提供一个安全、舒适和准时的出行体验。但城市轨道交通作为线性工程,穿越的城区范围大、面积广,在经济发展发达的中心城区,不可避免地与其他建筑物出现交叉、并行或者穿越的情况。为在密集建筑分布的城区获得发展空间,城市的地下空间不断地“向下垂直”发展,这必然导致对土体的开挖和扰动,另一方面,限于轨道交通线路与城市其他地下空间不能同时规划、同时施工和同时运营的现状,运营隧道上方进行新建基坑开挖的案例越来越多,运营期间隧道的变形控制和结构安全成为工程建设面临的重要问题。与深基坑侧向存在运营隧道不同,深基坑开挖对正下方的隧道存在明显的扰动变形,加之基坑开挖导致土体的应力释放,使得运营隧道的变形和受力均受到基坑开挖过程、运营隧道上覆土层厚度以及基坑长宽比的影响,目前针对这方面的问题的相关研究还不够完善,有待进一步认识深基坑开挖条件下,正下方运营隧道的变形规律和受力机理。本文依托武汉市轨道交通花山河站基坑开挖项目,地铁深基坑正下方为19号线地铁运营隧道,采用现场监测和有限元数值分析相结合的方法,针对上部地铁深基坑开挖卸载对下方运营地铁隧道的受力和变形影响展开系统分析。论文的主要研究方法和研究结论如下:（1）通过建立上部基坑-运营地铁-土体三维实体模型,研究地铁深基坑开挖过程对隧道的受力和隆起变形的影响。研究表明:与平面应变假设不同,三维建模计算结果表明隧道在纵向上应力、应变均具有一定的变化;上部基坑开挖对隧道的应力影响范围主要集中在基坑开挖范围内,基坑开挖范围外隧道拱顶应力较小;随基坑开挖深度的增加,沿隧道纵向的拱顶应力不断增加;隧道的隆起量在基坑中点位置最大,随着距离的增加而隆起量逐渐减小,开挖卸载对隧道隆起量的影响范围为距离基坑中心1.0B左右（B为基坑开挖宽度）;横截面方向上,隧道表现出垂直方向伸长,水平方向压缩的变形规律,拱顶位置比其他区域更容易开裂。（2）通过建立上部基坑-运营地铁-土体三维实体模型,研究运营隧道不同埋置深度对隧道的受力和隆起变形的影响。研究表明:在基坑开挖范围内,隧道的应力变化较大,为基坑开挖卸载作用对隧道的应力影响范围,而基坑外隧道的拱顶应力较小;随隧道埋置深度的增加,沿隧道纵向的拱顶应力不断减小;随着隧道埋置深度的增加,上部开挖卸载作用对隧道变形的影响呈现非线性地削弱,建议在实际工程建设中,应尽可能地保证基坑底部与隧道拱顶之间的净距离,建议两者净距离大于一倍隧道直径以上。（3）通过建立上部基坑-运营地铁-土体三维实体模型,研究不同基坑长宽比对隧道的受力和隆起变形的影响。研究表明:当长宽比L/B≥2.0且归一化开挖宽度B/He≥2.0时（L为基坑长度,B为基坑宽度,He为基坑深度）,上部地铁深基坑开挖引起的隧道隆起量超过了国家规范《城市轨道交通结构安全保护技术规范》中对隧洞变形控制标准预警值10mm;当长宽比L/B≥4.0且归一化开挖宽度B/He≥4.0时,最大隧道隆起量超过了国家规范《城市轨道交通结构安全保护技术规范》中对隧洞变形的标准控制值20mm。这意味着长宽比L/B较小的上部基坑对下方运营隧道的不利影响较小,反之则较大。在地铁基坑设计时,应尽量将上部深基坑的短边与运营隧道平行布置,同时采用较小的长宽比L/B以减少开挖卸载对隧道的不利影响。（4）通过现场监测表明:由于开挖卸荷,隧道内拱顶竖向位移呈现出向上凸形的分布,基坑中心位置隧道隆起量最大,基坑两端位置隧道隆起量最小,隧道变形监测数据与模拟成果具有较好的一致性。
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