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基坑开挖对坑底已建隧道影响的保护措施

331 2021-04-26 14:05:43

基坑开挖卸荷引起坑内土体回弹变形及坑外土体的沉降。对于处于坑底的已建隧道来说,地层的位移必然引起包裹其中的隧道产生相同的位移趋势。而由上节的分析可知,基坑开挖引起的隧道自身变形则与开挖引起的隧道周边土体总应力的变化有直接关系。因此,对于基坑开挖下坑底已建隧道的保护,关键在于降低隧道周边土体在开挖过程的位移及应力变化。青二春3将地铁隧道在大面积的卸荷作用下的变形响应看作一个系统控制,如图 4-61所示,基坑开挖卸荷、基坑附近地层、地铁隧道结构构成了这个系统的三个要素。基坑开挖卸载的方式、规模类似有机系统的传染源,地层土体类似于传播介质,地铁隧道结构则对应干传染对象,也是要被保护的对象。

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1.基坑开挖卸载

基坑开挖卸荷是基坑周边土体变形与应力变化的根源,要保护隧道结构在开挖过程的回弹及自身变形不超过容许值,减小基坑开挖卸荷量是最直接有效的方法。软土地区,减小基坑卸荷影响的方法主要有以下几种;

(1) 考虑基坑卸荷的时空效应,采用分区分块开挖。根据基坑自身的特点及地铁隧道的关键控制区域,遵循"分层、分块、分条幅、平衡、对称、限时"的开挖原则,将大面积开挖卸荷转化成若干较小的卸载区域,合理安排开挖顺序,能有效减小土体开挖卸荷效应,降低开挖对坑底隧道的影响。

(2)在坑底施加压重堆载。基坑施工过程中,坑内土体的卸荷将会引起隧道持续产生上抬位移,在允许的情况下,在坑内隧道上方进行堆载,将有效减小坑内土体的相对卸荷量,同时抑制隧道的上抬位移与自身变形。堆载压重示意图如图 4-62 所示。

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2. 地层变形

基坑周边土体的变形是坑内隧道在基坑开挖过程产生位移与自身变形的直接原因。抑制隧道周边土体的变形能直接对隧道结构的变形起到保护作用。底层变形的控制方法主要有以下几种∶

(1)提高坑内土体的卸荷变形模量。软十地区对坑内十体进行加固,可以显著提高其卸荷模量,减小土体在开挖时的回弹变形,同时也减小隧道周边土体的水平侧移。这将降低隧道结构在开挖时的上抬位移及自身变形。目前在工程中应用较为成熟的加固方法有化学注浆及水泥土搅拌法注浆等。上海广场基坑工程就是采用的注浆法对隧道的位移进行纠偏。

(2)隔断法。即在施工面与隧道结构之间设置隔断结构,以减小隧道周边土体及隧道结构自身变形的方法。工程中大多采用门式抗浮结构体进行隔断。地铁隧道上方大面积卸荷,在隧道周边进行隔断,能显著降低其他区域土体开挖对隧道的影响。

(3)减小基坑固结时间。基坑开挖引起坑内土体产生负孔压,负孔压的消散会降低坑内土体的有效应力,同时增大土体的回弹变形;软土地区降低基坑开挖放置时间也能减小土体流变对回弹变形的影响。施工过程中减少挖土时间、及时浇筑底板等均能有效减小下卧隧道的上抬位移。

(4)采用坑内降水方法。坑内降水对坑内土体的作用体现在两方面∶①增大坑底土体的有效应力;②对坑内土体的压密作用提高了其变形模量。可见,合理的坑内降水措施对于坑底土体的回弹有一定的抑制作用,同时也会对下卧隧道的上抬位移产生抑制作用。在使用坑内降水措施时,要注意降水对坑外土体沉降及地连墙变形的影响。

3. 隧道结构

坑底隧道结构在基坑开挖过程主要表现为纵向隆起变形、横向水平位移及横截面的自身变形。如果隧道结构变形超过结构控制标准,轻则隧道管片裂缝过大产生漏水,重则引起隧道结构的破坏。对隧道结构的控制方法有以下几种;

(1)增加隧道结构的横截面抗弯刚度。增加隧道结构的横截面抗变网度能显善减小隧道横截面在开挖过程的自身变形,避免隧道横截面在开挖过程产生裂缝等,保护隧道的运行安全。

(2)增大隧道的纵向抗弯刚度。基坑开挖对隧道上抬位移的影响将会在隧道结构纵向产生不均匀位移,对隧道列车的安全运行有很大危害。增大隧道的纵向抗弯刚度,是减小纵向不均匀位移的有效手段。

(3)在隧道下部设置抗拔桩,通过桩身的摩擦力抵抗底层作用在隧道结构的上浮力,减小隧道结构的上抬位移。

以上对坑底隧道的保护措施,在工程实践中应根据工程自 身的特点与控制要求选择使用。 由干开挖过程的不确定性及目前理论分析的缺陷,施工,过程隧道的位移与变形并不能事先预知,这就需要在施工过程对隧道进行实时监测和实时控制,做到"对症下药"。对邻近工程施工引起的地铁隧道变形,通常的监测指标有隧道的收敛位移、沉降等,对施工难度大的项目,还需对地铁结构的受力状态以及变形进行监测。监测数据要跟紧工况的发展及时进行数据处理、回馈分析, 当控制指标达到警戒值时,。应立即采取保护措施将施工风险控制在萌芽状态。