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摘 要：本文通过构建实验模型，根据地铁隧道上浮变形实测数据，在对地下通道开挖中下卧地铁隧道上浮变形规律进行研究分析基础上，实现大型地下通道开挖对下卧地铁隧道上浮变形影响的研究，为地下通道开挖施工提供依据支持。
关键词：大型地下通道；地铁隧道；上浮影响
基坑开挖导致周围土体应力结构改变下发生相应的变形等问题，从而对于周围地铁隧道结构的内力作用产生影响，导致地铁隧道结构附加内力或者是变形发生，出现隧道管片开裂或漏水等情况，对地铁结构以及运行安全造成不利影响。针对这种情况，开展基坑开挖对下卧地铁隧道上浮影响的研究分析，为基坑开挖施工提供相关依据支持，具有积极作用和意义。
1、大型地下通道开挖施工情况分析
1.1工程情况介绍
该地下通道开挖施工为某大型地下通道施工工程的一施工标段，开挖距离约580m，开挖基坑的宽度在38m左右，开挖深度最大达12.5m。其中，开挖施工的前半段采用钻孔灌注桩支护技术进行围护施工，后半段采用放坡开挖施工方式，开挖地下通道以闭合框架以及U型槽结构为主，如下图1所示，即为该地下通道开挖施工的平面以及纵断面结构示意图。
该地下通道开挖施工中，既有的地铁隧道共线下卧于开挖通道的明挖施工部分。其中，地铁隧道的衬砌内外径为6.0与6.7m，环绕宽度在1.5m左右，厚度为0.35m，环管片采用弯螺栓进行连接，混凝土强度等级为C50。此外，根据施工检测数据显示，该地铁隧道的拱顶埋设深度约为16.5至23.5m之间，左线隧道部分进入围护桩内侧后逐渐和明挖基坑呈现平行状态。根据临近地铁隧道基坑开挖施工要求，为避免对地铁隧道变形的影响，本工程开挖施工后中分别在纵向坑底使用高压旋喷桩技术进行地基加固处理，然后进行基坑开挖施工，同时针对地铁隧道中左线隧道与围护桩交汇情况，在交汇路段每间隔10m左右进行一个监测断面设置，同时在监测断面中设置相应的变形监测点，对其变形影响进行监测控制，以确保地下通道开挖施工的安全合理，避免对地铁隧道变形产生影响。如下图2所示，为该基坑开挖施工的断面结构示意图，在该图中，Hs表示的坡高，Hc表示的是地铁隧道拱顶的埋深度，He表示的是基坑开挖的深度情況。
该施工段主要以滨海滩涂地貌为主，在人工改造后形成平坦地貌，其中，地下水位位于地表以下约3m左右处，地表层以人工填土层为主，局部地区以海积淤泥层以及冲洪积黏土、粗砂等地层结构为主，其中地铁隧道工程主要分布地层及其结构性质特征如下表1所示。
1.2地铁隧道上浮变形实测数据
为避免上述工程开挖施工中，对既有地铁隧道变形的影响，在其纵向分段同步开挖施工中，同时针对地铁隧道变形进行监测控制，并在开挖施工中，针对相邻开挖施工段留置50m左右的反压段，在开挖施工满足设计标高后，即进行地下通道结构施工，以控制基坑暴露时间，确保基坑开挖并控制对地铁隧道变形的影响，目前已安全竣工结束。根据该施工段施工监测数据，其中，闭合框架段基坑开挖施工中，其上浮变化如下图3所示，其中，uy表示地铁隧道上浮变形情况。此外，在该结构段施工中，Hs为10m，Hc为16.8m，He为6.4m，并且围护桩长度在12m左右，地铁隧道的轴线和开挖基坑临近侧的围护桩水平距离在+2.9m左右。
其次，在U型槽段开挖施工中，地铁左线隧道典型施工段的上浮变形情况图4所示，在该施工过程中，Hc为22.0m，He为9.6m，Hs为6.5m，此外围护桩长度约为14m，地铁隧道轴线和临近侧基坑开挖围护桩的水平距离在+14.0m左右。
此外，在对该地下通道开挖施工中地铁隧道上浮变形监测中，对于基坑开挖与地铁隧道整体结构的变形规律监测上，主要针对基坑开挖施工中，土体卸载率与地铁隧道上浮变化，以及基坑开挖中基底水平位置情况与地铁隧道上浮变化之间的关系进行监测分析，结果如下图所示。根据下图可以看出，地铁隧道上浮变性与基坑开挖施工中土体卸载率呈现基本的线性关系，而基坑开挖的基底水平位置与地铁隧道上浮变形之间，随着地铁隧道约接近基坑中轴线，上浮变形作用也越大。
（1）土体卸载率与地铁隧道上浮变形关系
（2）基底不同水平位置处地铁隧道上浮变形情况
2、实验模拟研究
以Plaxis2D平面应变有限元法通过数值模拟进行相关结果研究分析。该研究实验模型从纵向不同位置处的地质条件情况以及地铁隧道的拱顶埋深、隧道及围护桩水平距离、不同卸载率等角度，对隧道上浮变形中的所处地层的回弹变形情况进行研究分析。
在对各层土的模型参数进行计算确定情况下，通过验证分析建立如上图所示实验分析模型，经分析显示，隧道埋深以及基底水平位置对隧道上浮变形的影响如下图所示。其中，隧道埋深较大情况下，相同卸载率的基坑开挖施工中，土体塑性变形对隧道变形的影响较小，反之，则影响较大。
（1）埋深对隧道上浮变形结果
（2）水平位置的隧道上浮变形结果
此外，针对土体与结构相互作用、隧道下卧层卸载率以及地基加固等在隧道上浮变形中的作用影响进行数值模拟分析后，针对基坑开挖施工中，下卧隧道上浮变形影响，为在实际施工中参考应用，还通过模拟曲线变化建立如下（1）所示隧道上浮变形评估计算公式。基于基坑开挖对隧道上浮变形影响分析，在进行卸载率以及隧道下卧土层卸载模量影响考虑情况下，可得到如下（2）所示评估计算公式。
（1）
（2）
在实际施工中，利用预估计算公式，进行数值代入计算，在预估值超出控制范围情况下，为控制隧道变形，则需要采取相应的加固措施。如下图7所示，即为对于上述工程的预估结果与模拟结果对比情况。
3、结论
根据上文研究分析可知，在明挖施工的地下通道开挖施工中，因开挖引起的下卧隧道上浮变形完全回落至初始标高，需要采取超高回填措施；此外，在地下通道开挖施工中，下卧隧道上浮变形与卸载率呈现线性变化关系，卸载率较低时这种线性变化相对明显，在卸载率增大后，以隧道埋深较小情况下的隧道上浮变形线性变化关系最为明显；最后，基底不同水平位置处隧道上浮变形呈包线变化，并且随着隧道上方卸载率变化呈现直线向抛物线你、双峰线变化发展。
总之，进行大型地下通道开挖对地铁隧道上浮影响研究，能够有效控制实际开挖施工中对地铁隧道变形影响，为地下通道开挖施工提供依据支持，具有积极作用和意义。
参考文献：
[1]余继江，祝方才，王勤富，冯祖浚，谭园辉.浅埋隧道逆向进站开挖工法及数值分析研究[J].湖南工业大学学报，2017，15（03）：1-8.
[2]刘波，章定文，刘松玉，秦玉军.大断面顶管通道近接穿越下覆既有地铁隧道数值模拟与现场试验[J].岩石力学与工程学报，2013，22（16）：1-11.
[3]陈仁朋，孟凡衍，李忠超，叶跃鸿，胡琦.邻近深基坑地铁隧道过大位移及保护措施[J].浙江大学学报（工学版）. 2016（05）
[4]郑刚，杜一鸣，刁钰，邓旭，朱敢平，张立明.基坑开挖引起邻近既有隧道变形的影响区研究[J].岩土工程学报. 2016（04）
[5]周泽林，陈寿根，陈亮，涂鹏.基坑施工对下卧地铁隧道上抬变形影响的简化理论分析[J].岩土工程学报. 2015（12）
[6]郑刚，王琦，邓旭，杜一鸣.不同围护结构变形模式对坑外既有隧道变形影响的对比分析[J]. 岩土工程学报. 2015（07）
[7]黄兆纬，黄信，胡雪瀛，齐麟.基坑开挖对既有地铁隧道变位影响及技术措施分析[J].岩土工程学报. 2014（S2）
关键词：大型地下通道；地铁隧道；上浮影响
基坑开挖导致周围土体应力结构改变下发生相应的变形等问题，从而对于周围地铁隧道结构的内力作用产生影响，导致地铁隧道结构附加内力或者是变形发生，出现隧道管片开裂或漏水等情况，对地铁结构以及运行安全造成不利影响。针对这种情况，开展基坑开挖对下卧地铁隧道上浮影响的研究分析，为基坑开挖施工提供相关依据支持，具有积极作用和意义。
1、大型地下通道开挖施工情况分析
1.1工程情况介绍
该地下通道开挖施工为某大型地下通道施工工程的一施工标段，开挖距离约580m，开挖基坑的宽度在38m左右，开挖深度最大达12.5m。其中，开挖施工的前半段采用钻孔灌注桩支护技术进行围护施工，后半段采用放坡开挖施工方式，开挖地下通道以闭合框架以及U型槽结构为主，如下图1所示，即为该地下通道开挖施工的平面以及纵断面结构示意图。
该地下通道开挖施工中，既有的地铁隧道共线下卧于开挖通道的明挖施工部分。其中，地铁隧道的衬砌内外径为6.0与6.7m，环绕宽度在1.5m左右，厚度为0.35m，环管片采用弯螺栓进行连接，混凝土强度等级为C50。此外，根据施工检测数据显示，该地铁隧道的拱顶埋设深度约为16.5至23.5m之间，左线隧道部分进入围护桩内侧后逐渐和明挖基坑呈现平行状态。根据临近地铁隧道基坑开挖施工要求，为避免对地铁隧道变形的影响，本工程开挖施工后中分别在纵向坑底使用高压旋喷桩技术进行地基加固处理，然后进行基坑开挖施工，同时针对地铁隧道中左线隧道与围护桩交汇情况，在交汇路段每间隔10m左右进行一个监测断面设置，同时在监测断面中设置相应的变形监测点，对其变形影响进行监测控制，以确保地下通道开挖施工的安全合理，避免对地铁隧道变形产生影响。如下图2所示，为该基坑开挖施工的断面结构示意图，在该图中，Hs表示的坡高，Hc表示的是地铁隧道拱顶的埋深度，He表示的是基坑开挖的深度情況。
该施工段主要以滨海滩涂地貌为主，在人工改造后形成平坦地貌，其中，地下水位位于地表以下约3m左右处，地表层以人工填土层为主，局部地区以海积淤泥层以及冲洪积黏土、粗砂等地层结构为主，其中地铁隧道工程主要分布地层及其结构性质特征如下表1所示。
1.2地铁隧道上浮变形实测数据
为避免上述工程开挖施工中，对既有地铁隧道变形的影响，在其纵向分段同步开挖施工中，同时针对地铁隧道变形进行监测控制，并在开挖施工中，针对相邻开挖施工段留置50m左右的反压段，在开挖施工满足设计标高后，即进行地下通道结构施工，以控制基坑暴露时间，确保基坑开挖并控制对地铁隧道变形的影响，目前已安全竣工结束。根据该施工段施工监测数据，其中，闭合框架段基坑开挖施工中，其上浮变化如下图3所示，其中，uy表示地铁隧道上浮变形情况。此外，在该结构段施工中，Hs为10m，Hc为16.8m，He为6.4m，并且围护桩长度在12m左右，地铁隧道的轴线和开挖基坑临近侧的围护桩水平距离在+2.9m左右。
其次，在U型槽段开挖施工中，地铁左线隧道典型施工段的上浮变形情况图4所示，在该施工过程中，Hc为22.0m，He为9.6m，Hs为6.5m，此外围护桩长度约为14m，地铁隧道轴线和临近侧基坑开挖围护桩的水平距离在+14.0m左右。
此外，在对该地下通道开挖施工中地铁隧道上浮变形监测中，对于基坑开挖与地铁隧道整体结构的变形规律监测上，主要针对基坑开挖施工中，土体卸载率与地铁隧道上浮变化，以及基坑开挖中基底水平位置情况与地铁隧道上浮变化之间的关系进行监测分析，结果如下图所示。根据下图可以看出，地铁隧道上浮变性与基坑开挖施工中土体卸载率呈现基本的线性关系，而基坑开挖的基底水平位置与地铁隧道上浮变形之间，随着地铁隧道约接近基坑中轴线，上浮变形作用也越大。
（1）土体卸载率与地铁隧道上浮变形关系
（2）基底不同水平位置处地铁隧道上浮变形情况
2、实验模拟研究
以Plaxis2D平面应变有限元法通过数值模拟进行相关结果研究分析。该研究实验模型从纵向不同位置处的地质条件情况以及地铁隧道的拱顶埋深、隧道及围护桩水平距离、不同卸载率等角度，对隧道上浮变形中的所处地层的回弹变形情况进行研究分析。
在对各层土的模型参数进行计算确定情况下，通过验证分析建立如上图所示实验分析模型，经分析显示，隧道埋深以及基底水平位置对隧道上浮变形的影响如下图所示。其中，隧道埋深较大情况下，相同卸载率的基坑开挖施工中，土体塑性变形对隧道变形的影响较小，反之，则影响较大。
（1）埋深对隧道上浮变形结果
（2）水平位置的隧道上浮变形结果
此外，针对土体与结构相互作用、隧道下卧层卸载率以及地基加固等在隧道上浮变形中的作用影响进行数值模拟分析后，针对基坑开挖施工中，下卧隧道上浮变形影响，为在实际施工中参考应用，还通过模拟曲线变化建立如下（1）所示隧道上浮变形评估计算公式。基于基坑开挖对隧道上浮变形影响分析，在进行卸载率以及隧道下卧土层卸载模量影响考虑情况下，可得到如下（2）所示评估计算公式。
（1）
（2）
在实际施工中，利用预估计算公式，进行数值代入计算，在预估值超出控制范围情况下，为控制隧道变形，则需要采取相应的加固措施。如下图7所示，即为对于上述工程的预估结果与模拟结果对比情况。
3、结论
根据上文研究分析可知，在明挖施工的地下通道开挖施工中，因开挖引起的下卧隧道上浮变形完全回落至初始标高，需要采取超高回填措施；此外，在地下通道开挖施工中，下卧隧道上浮变形与卸载率呈现线性变化关系，卸载率较低时这种线性变化相对明显，在卸载率增大后，以隧道埋深较小情况下的隧道上浮变形线性变化关系最为明显；最后，基底不同水平位置处隧道上浮变形呈包线变化，并且随着隧道上方卸载率变化呈现直线向抛物线你、双峰线变化发展。
总之，进行大型地下通道开挖对地铁隧道上浮影响研究，能够有效控制实际开挖施工中对地铁隧道变形影响，为地下通道开挖施工提供依据支持，具有积极作用和意义。
参考文献：
[1]余继江，祝方才，王勤富，冯祖浚，谭园辉.浅埋隧道逆向进站开挖工法及数值分析研究[J].湖南工业大学学报，2017，15（03）：1-8.
[2]刘波，章定文，刘松玉，秦玉军.大断面顶管通道近接穿越下覆既有地铁隧道数值模拟与现场试验[J].岩石力学与工程学报，2013，22（16）：1-11.
[3]陈仁朋，孟凡衍，李忠超，叶跃鸿，胡琦.邻近深基坑地铁隧道过大位移及保护措施[J].浙江大学学报（工学版）. 2016（05）
[4]郑刚，杜一鸣，刁钰，邓旭，朱敢平，张立明.基坑开挖引起邻近既有隧道变形的影响区研究[J].岩土工程学报. 2016（04）
[5]周泽林，陈寿根，陈亮，涂鹏.基坑施工对下卧地铁隧道上抬变形影响的简化理论分析[J].岩土工程学报. 2015（12）
[6]郑刚，王琦，邓旭，杜一鸣.不同围护结构变形模式对坑外既有隧道变形影响的对比分析[J]. 岩土工程学报. 2015（07）
[7]黄兆纬，黄信，胡雪瀛，齐麟.基坑开挖对既有地铁隧道变位影响及技术措施分析[J].岩土工程学报. 2014（S2）