1、第 1 页 共 36 页目录目录第一章 概述.21.1 项目概况.21.2 工程地质及水文地质条件.31.3 周边环境.51.4 基坑围护方案介绍.61.5 工程重点及难点.71.6 研究目的、内容及方法.71.7 工作依据.8第二章 基坑开挖水位变化对临近地铁隧道影响分析.102.1 基坑截排水方案.102.2 分析方法和相关简化.102.3 地下水渗流的模拟.112.4 应变-渗流耦合的模拟.112.5 计算断面一.122.6 计算断面二.142.7 计算断面三.162.8 基坑开挖水位变化引起车站结构附加变形.17第三章 基坑开挖对临近地铁结构影响三维有限元分析.183.1 三维有限元计2、算模型几何尺寸.183.2 地层分布情况.193.3 材料本构模型及计算参数.193.4 边界条件及荷载.193.5 计算施工阶段.203.6 计算结果与分析.233.7 本章小结.30第四章 合理化建议及应急预案.314.1 施工过程控制的合理化建议.314.2 地铁监测方案的合理化建议.324.3 设计方案的合理化建议.324.4 应急预案.32第五章 结论与建议.355.1 水位变化、基坑开挖综合作用分析.355.2 主要结论.355.3 建议.36第 2 页 共 36 页第一章第一章 概述概述1.1 项目概况项目概况深圳联城项目位于罗湖区，市政道路新安路与春风路交汇处。设 2 层地下室3、，拟采用框架结构。场地现状高程为 5.606.02m，地下室底板高程为-2.20m，建筑0.00 相当于黄海高程 6.00m，地下室底板厚度为 0.45m，垫层为 0.1m。开挖基坑范围根据地下室外墙外放 1.2m 确定，开挖面积约 4561.57m2，深度 8.55m，支护周长约 359.92m。东侧紧邻市政道路新安路，西北侧为罗湖区文化广场，北侧为联城美园小区，南侧紧邻市政路春风路，且与东西走向的 9 号轨道线最近距离约 5.0m，属于 50m 保护线范围内，如图 1.1 所示。图 1.1 项目区域位置图项目位置项目位置轨道轨道 9 号线号线春风春风-文锦区间文锦区间第 3 页 共 36 4、页1.2 工程地质及水文地质条件工程地质及水文地质条件1.2.1 工程地质条件工程地质条件根据勘察报告，场地原始地貌为河谷冲积平原，现地势平坦，场地标高 5.446.08m。上伏为第四系松散层，下伏基岩主要由青白口系银湖群片麻岩层组成。第四系松散层主要由人工填土层、冲洪积层及残积层等组成现将各地层主要特征自上而下分述如下：1、人工填土层（Qml）杂填土（层号 1）：杂色，稍湿，稍密状，主要由粘性土，块石，砼等回填而成，硬杂质含量大于 25%，顶部 0.2m 为砼，堆填时间10 年。该层整个场地所有钻孔均揭露，层厚 2.709.00m，平均厚度 4.80m，层顶埋深 0.00m，层顶标高 5.45、46.08m。该层进行标准贯入试验 3 次，击数 9.314.0 击，平均 11.3 击。2、第四系冲洪积层（Qal+pl）（1）粉质粘土（层序号 2-1）：褐黄，褐灰色，饱和，软可塑状，干强度中等，韧性中等。该层整个场地除了 ZK4、ZK5、ZK15、ZK24 等 4 个钻孔未揭露外，其余钻孔均有揭露，层厚 1.1013.30m，平均厚度 3.61m，层顶埋深 2.709.00m，层顶标高-2.983.30m。该层进行标准贯入试验 18 次，击数 6.511.4 击，平均 8.0 击。（2）粗砂（层序号 2-2）：灰白，灰褐色，饱和，稍密状，分选性好，级配差，局部泥质胶结。该层整个场地除了 6、ZK29 及 ZK32 两个钻孔未见及外，其它所有钻孔均见及，层厚 1.007.50m，平均厚度 3.80m，层顶埋深 3.609.50m，层顶标高-4.062.08m。该层进行标准贯入试验 16 次，击数 8.613.5 击，平均 10.9 击。（3）含卵石砾砂（层序号 2-3）：灰色，饱和，稍密状，卵石呈椭圆形，块径 35cm。该层整个场地共有 ZK5、ZK6、ZK9、及 ZK24 等 4 个钻孔见及，层厚 2.005.30m，平均厚度 3.92m，层顶埋深 6.709.60m，层顶标高-3.57-0.68m。该层进行标准贯入试验 1次，击数 14.3 击。3、第四系残积层（Qel）砂质粘7、性土（层序号 3）：褐黄色，褐红色，可硬塑状，由片麻岩风化残积而成，遇水易软化。该层整个场地所有钻孔均见及，层厚 4.6016.50m，平均厚度 10.16m，层顶埋深 6.4016.00m，层顶标高-10.00-0.33m。该层进行标准贯入试验 33 次，击数 14.620.3 击，平均 17.6 击。第 4 页 共 36 页4、青白口系银湖群片麻岩层（Qby）（1）强风化片麻岩（层序号 4-1）：属极软岩，极破碎，岩体基本质量等级为级。褐灰色，褐黄色，岩芯呈半岩半土状，碎块状，块状，原岩结构已基本破坏，遇水易崩解。该层整个场地所有钻孔均有揭露，层厚 2.5012.60m，平均厚度 8.738、m，层顶埋深 19.2027.20m，层顶标高-21.18-13.52m。该层进行标准贯入试验 13 次，击数 50.452.5 击，平均 51.3 击。（2）中风化片麻岩（层序号 4-2）：属较软岩，较破碎，岩体基本质量等级为级。青灰色，岩芯呈块状，短柱状，原岩结构清晰，岩质较坚硬，裂隙发育，见铁锰质浸染，锤击声哑。该层整个场地共有 ZK9、ZK22、ZK27、ZK31 等 4 个钻孔揭露，层厚 5.508.90m，平均厚度 6.77m，层顶埋深 25.6032.50m，层顶标高-26.47-19.53m。1.2.2 水文地质条件水文地质条件本场地地下水主要为第四系孔隙潜水，其中填土的透水性9、与填料成份有关，碎、块石含量较高地段透水性较强、粘性土含量较高地段透水性较弱，整体为强透水地层；粗砂层属强透水层，受上部隔水地层的影响，砂土层中地下水具微承压性；其余第四系地层为弱透水性地层。其次为基岩裂隙水，其透水性差，属弱透水层。地下水接受大气降水和周边地下水的补给。勘察期间测得钻孔中混合稳定水位埋深2.12.7m，标高 2.903.98m，地下水位年变化幅度约为 13m。地下水水位随季节变化而变化。根据勘察报告，场地水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋在长期浸水环境下具微腐蚀性、在干湿交替环境下具微腐蚀性。1.2.3 各地层岩土工程参数的选取各地层岩土工程参数的选取在以下的章10、节中，将分别采用理论计算和数值计算对基坑施工对地铁的影响进行分析评价，计算所采用的参数见表 1.1 所示。第 5 页 共 36 页表 1.1 各个地层岩土工程参数选取表地层岩性变形模量 E(MPa)土体与体极限摩标准值 qsik(kPa)天然重度(kN/m3)凝聚力c（kPa）内摩擦角（度）成因层序岩土层名称状态Qml1杂填土松散状102018.01210Qal+pl2-1粉质粘土软可塑状106019.018202-2粗砂稍密256019.50282-3含卵石砾砂稍密7010021.0032Qel3-1砂质粘性土可硬塑状207019.02422Qby4-1强风化片麻岩半岩半土状1003002111、.535284-2中风化片麻岩较破碎1000200501.3 周边环境周边环境基坑项目东侧紧邻市政道路新安路；西侧、北侧为罗湖区文化广场；南侧紧邻市政路春风路，且与东西走向的 9 号轨道线左线最近距离约 5.0m，根据深圳市地铁集团有限公司地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法，地铁周边 50m 内均为地铁保护区，基坑工程施工引起临近地铁设施变形值不得超过其允许范围。平面位置关系见图1.2 所示。图 1.2 基坑与地铁平面位置关系图轨道轨道 9 号线左线号线左线Lmin=5.0m南南极极路路春风路春风路基坑位置基坑位置新新安安路路第 6 页 共 36 页1.4 基坑围护方案介绍基坑围护12、方案介绍1.4.1 基坑围护结构简介基坑围护结构简介如图 1.2、图 1.3 所示，本工程场地周边环境复杂，南侧为地铁和春风路，东侧为新安路，其它两侧为文化广场，周边环境复杂，破坏后果很严重，因此其支护安全等级为一级。其基坑支护方案根据不同地质情况和周边环境，分段确定支护结构，主要为咬合桩+一道内支撑（靠近地铁侧角部两道支撑）。该基坑位于深圳地铁 50m 影响范围线以内，其开挖与降水需要考虑对地铁的影响问题。根据深圳市地铁集团有限公司地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法，地铁周边 50m 内均为地铁保护区，基坑工程施工引起临近地铁设施变形值不得超过其允许范围。图 1.3 基坑支护剖面13、图Lmin=5.0m坑坑深深8.55m轨道轨道 9 号线左线号线左线Hmin=9.5m春风路春风路1 道混凝土支撑道混凝土支撑2 道混凝土支撑道混凝土支撑第 7 页 共 36 页1.4.2 止水帷幕简介止水帷幕简介（1）支护桩采用旋挖桩，桩型分为 A 和 B 型，搭接宽度为 300 或者 200mm。（2）设计图纸中 1-15-5剖面 A 型桩素混凝土桩直径 1.2m，采用 C30（水下）超缓凝混凝土（缓凝时间不少于 60h），B 型桩桩径 1.2m，商品混凝土灌注成桩，钢筋混凝土桩采用 C30(水下)；设计图纸中 6-69-9剖面 A 型桩素混凝土桩直径 1.0m，采用C30（水下）超缓凝混14、凝土（缓凝时间不少于 60h），B 型桩桩径 1.0m，商品混凝土灌注成桩，钢筋混凝土桩采用 C30(水下)（具体参见设计图纸）。1.5 工程重点及难点工程重点及难点临近地铁侧基坑坑底以上为杂填土、含卵石砾砂、砂质粘性土、强风化等土层，基坑开挖对土体影响较明显。地铁结构受基坑施工的影响主要存在以下几个方面：1 基坑开挖使周边土体产生水平位移，轨道 9 号线隧道在周边土体的影响下随之发生水平位移；2 基坑开挖过程地下水位下降、土体孔隙水压力消散，有效应力增加，产生的附加应力对土体变形的影响就十分明显。而由于基坑施工时间较长，基坑开挖降水使得坑后地下水沿着止水帷幕墙端绕渗，或咬合桩施工质量控制不好15、，坑后地下水位会有所下降。3 所有上述内容都是基本理论所无法定量计算的，因此需要采用有限元数值计算，分析地铁结构位移是否满足地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法中关于地铁位移允许值的要求。1.6 研究目的、内容及方法研究目的、内容及方法1.6.1 研究目的研究目的1 通过二维平面有限元应力-渗流耦合分析，定量分析基坑开挖及坑内降水同时作用使地下水沿着止水帷幕下端绕渗以及基坑本身土体变形对坑后地下水位和地铁结构的影响。2 通过三维空间有限元数值模拟计算，分析基坑在每个施工工况时基坑变形、地铁结构的变形和附加应力情况，并判定地铁结构累积变形及附加应力是否在允许范围内。第 8 页 共 3616、 页1.6.2 研究内容研究内容本项目主要研究内容可归纳为：1 基坑开挖对地铁结构的影响。主要包括以下内容：(1)基坑开挖带动坑后土体发生水平和竖向位移，引起邻近的地铁结构发生位移。2 地下水渗流对地铁结构的影响。主要包括以下内容：(1)基坑开挖降水对地铁隧道结构的影响。1.6.3 研究方法研究方法1 基坑及地铁结构变形三维有限元计算分析基坑及地铁结构变形三维有限元计算分析采用 MIDAS/GTS 有限元计算软件。2 地下水渗流计算分析地下水渗流计算分析采用 PLAXIS 有限元计算软件。PLAXIS 不仅具有岩土分析所需的基本分析功能，并为用户提供了包含最新分析理论的强大的分析功能，是岩土渗17、流分析最佳的解决方案之一。3 通过以往工程经验对基坑设计、施工、监测提出合理化建议和应急预案。通过以往工程经验对基坑设计、施工、监测提出合理化建议和应急预案。1.7 工作依据工作依据1 深圳联城项目岩土工程勘察，深圳地质建设工程公司，2017 年 1 月；2深圳市地铁工程春风-文锦区间详细勘察阶段，广州地铁设计研究院有限公司，2010 年 8 月；3 深圳地铁相关图纸；4深圳市基坑支护技术规范，SGJ05-2011；5建筑基坑支护技术规程，JGJ120-2012；6混凝土结构设计规范，GB50010-2010；7建筑桩基技术规范，JGJ 94-2008；8建筑基坑工程监测技术规范，GB504918、7-2009；9基坑工程手册第 2 版，中国建筑工业出版社，2010；10简明深基坑工程设计施工手册第 1 版，中国建筑工业出版社，2001；11地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程管理办法，深圳市地铁有限公司；其它现行相关规范、规程和业主提供的相关资料。第 9 页 共 36 页12 轨道安全保护监测绝对控制指标运营线路轨道静态尺寸容许变形值：轨道高低、轨向变形4mm10m，两轨道横向高差4mm，三角坑高低差4mm18m；扭曲变形4mm6.25m；轨距+3mm，-2mm；13 车站、隧道结构安全保护监测绝对控制指标（1）车站、隧道结构绝对沉降量及水平位移量 20mm（包括各种加载和卸载的最终19、位移量）；（2）变形缝差异沉降 20mm；（3）隧道纵向变形曲线的曲率半径 R15000m；（4）隧道的相对变曲12500；14 由于现场施工的复杂性、监测误差以及其它因素，地铁运营安全保护区工程的设计控制指标按以下方法确定：（1）地铁运营安全保护区工程设计时，若运营管理部门可测得以上 13、14 中已发生的变形量，则取绝对控制指标与已发生变形量之差再除以安全系数作为设计控制指标，安全系数由总工办根据工程地质条件、工程周边环境和地铁服役情况确定。（2）地铁运营安全保护区工程设计时，若以上 13、14 中已发生的变形量无法测得，则取 13、14 中绝对控制指标的 50作为设计控制指标。15 其它20、相关的工程经验。第 10 页 共 36 页第二章第二章 基坑开挖水位变化对临近地铁隧道影响分析基坑开挖水位变化对临近地铁隧道影响分析2.1 基坑截排水方案基坑截排水方案本项目场地地层中存在强透水层：杂填土层、粗砂层及含卵石砾砂层等土层。为避免基坑开挖失水、漏砂，设计方案采用了咬合桩作为基坑围护结构，为了保证可靠的接头止水效果，临近地铁侧基坑采用旋挖灌注桩工艺，旋挖灌注桩进入基坑底大于 10.0m，并且在靠近地铁隧道侧增加一排旋喷桩以增强止水效果。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，即使基坑周边设置了咬合桩截水帷幕，地下水仍会发生绕过帷幕底进入基坑的渗流，基坑21、周边地下水位受此渗流影响，会形成漏斗状降落。但由于截水帷幕的阻隔，地下水只能通过帷幕底绕流渗入坑底，坑外地下水位的下降应通过理论计算确定。为此有必要对该类工况进行定量分析。2.2 分析方法和相关简化分析方法和相关简化根据经验初步判断，地铁车站处在基坑开挖降水影响的范围之内。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：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22、方法：首先采用渗流计算软件和经验方法（等代大井法）计算出止水帷幕达到不同深度时，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不同水位降深时，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，u（如图 2.1）。图 2.1 有效应力增量分布第 11 页 共 36 页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：Hw211（1）降水面以下土层，其有效应力增量为定值，满足Hw2（2）23、2.3 地下水渗流的模拟地下水渗流的模拟采用的岩土体本构模型为摩尔-库伦模型。与前面基坑开挖施工分析不同的是增加了一个渗流材料函数。渗流材料函数用于渗流计算中，包括体积含水率函数和渗流系数函数。水在岩土中流动时，会有部分水保存在岩土中，含水量与孔隙的吸水力和岩土特性相关。渗流分析中的含水量按体积含水率计算。VVw/其中，体积含水率；Vw水的体积；V全体积。2.4 应变应变-渗流耦合的模拟渗流耦合的模拟地下水的渗透现象是由渗透区域周边边界的水头差或流量边界引起的。地下水流动过程中，因为水和土壤颗粒之间的摩擦会产生渗透力(seepage force)，由此会产生位移和应力。渗透力与对孔隙水压的积分24、相同。在 MIDAS/GTS 中利用渗流分析中计算得到的孔隙水压力(pore water pressure)计算渗透力的效果。孔隙水压是将在渗流分析中得到的全水头(total head)中减去位置水头(elevationhead)而得的压力水头(pressure head)与水的容重相乘而得的。一般来说渗透力集中在全水头大小变化较大的流出边界的临近区域。这样的区域的约束压力较小，抗剪强度和抗拉强度都相对较小，所以对砂土地基做考虑渗透压的有效应力(effective stress)分析时，地基很容易破坏。所以说渗透应力耦合分析在砂土类地基的稳定性分析(analysis for stability25、)中是非常重要的。地基的孔隙水压会影响总的应力。根据太沙基(Terzaghi)原理，总应力()可分为有效应力()和孔隙水压力(u)。孔隙水压力由稳定状态孔隙水压(psteady)和过孔隙水压(pexcess)组成。稳定状态的孔隙水压可从地下水分析的结果由地下水面的高度生成。过孔隙水压由非第 12 页 共 36 页排水材料的应力计算中产生。耦合分析的基本方程为：2.5 计算断面计算断面一一根据本基坑工程截水方案设计，鉴于轨道交通设施保护的重要性，在地铁相邻侧基坑支护帷幕入基坑底部一定深度，将可进一步增加渗流路径，减小坑外地下水的影响。因为有限元法计算渗流时，对边界条件较为敏感，本报告将对边界条件26、进行参数分析，研究底部渗流边界条件变化对计算结果的影响，以使计算结果有较强的代表性。先渗流计算基坑降水对周边地层的孔压影响，再以调整后的孔压此为初始条件计算因降水引起的附件压力对地层变形的影响。根据地铁侧地铁建设时期所采用的勘察报告，首先选取本项目基坑支护设计中一个典型剖面，基坑围护结构距离 9 号线隧道最近的剖面进行分析计算，如图 2.2 所示。（1）计算断面一模型）计算断面一模型图 2.2 计算断面一渗流分析剖面图轨道 9 号线基坑位置第 13 页 共 36 页图 2.3 计算断面一渗流分析剖面放大图（2）渗流浸润线计算结果渗流浸润线计算结果用上述二维有限元计算模型，基坑开挖降水引起的坑外27、地下水水位下降情况如下图2.42.5 所示。图 2.4 计算断面一渗流计算图局部 2 道支撑最不利位置第 14 页 共 36 页图 2.5 计算断面一轨道 9 号线侧孔隙水压力分布图2.6 计算断面计算断面二二考虑到除基坑围护结构距离隧道最近的不利情况外，其他断面为一道支撑的情况，选取另一典型断面进行计算，如图 2.6 所示。（1）计算断面二模型）计算断面二模型图 2.6 计算断面二渗流分析剖面放大图1 道支撑浸润线第 15 页 共 36 页（2）渗流浸润线计算结果渗流浸润线计算结果图 2.7 计算断面二渗流计算图图 2.8 计算断面二轨道 9 号线侧孔隙水压力分布图浸润线第 16 页 共 328、6 页2.7 计算断面计算断面三三考虑到地质情况的差异，进一步选取地质情况较为不利的钻孔 ZK3，进行断面计算分析，模拟渗流对隧道的影响。渗流浸润线计算结果如下：图 2.9 计算断面三渗流计算图图 2.10 计算断面三轨道 9 号线侧孔隙水压力分布图浸润线第 17 页 共 36 页2.8 基坑开挖水位变化引起车站结构附加变形基坑开挖水位变化引起车站结构附加变形（1）渗流计算结果整理渗流计算结果整理由基坑开挖渗流计算结果知，基坑开挖由渗流引起的轨道 9 号线水位降深如下表。断面类型左线最大水位降深（m）右线最大水位降深（m）计算断面一1.61.4计算断面二1.31.2计算断面三1.81.5（1）29、渗流引起的沉降分析渗流引起的沉降分析根据地质勘察报告和地铁剖面钻孔，在轨道 9 号线纵断面图纸中选取钻孔，其中隧道底为强风化岩等可压缩层较厚，分别为：砂质粘性土（1.4）强风化岩层（2.8m），中风化为确定为不可压缩层；轨道 9 号线侧最大水位下降 1.8m，水位下降引起的附加荷载为18kPa。鉴于表 1.1 中变形模量取值偏小，依据深圳地区岩土工程经验，依据分层综合法，可计算地层压缩量为：mmHEpss83.48.280000184.16000018第 18 页 共 36 页第三章第三章 基坑开挖对临近地铁结构影响三维有限元分析基坑开挖对临近地铁结构影响三维有限元分析根据前述技术路线，本章采30、用三维土工有限元软件在不考虑水的影响（土水合算）的条件下，模拟设计工况对基坑开挖、支护过程进行了三维有限元模拟分析，用以计算基坑开挖土体应力释放造成基坑周边环境变形，该结果是基坑开挖造成周边环境总变形的一部分。3.1 三维有限元计算模型几何尺寸三维有限元计算模型几何尺寸分析模型如图 3.1 所示。模型边界与基坑、地铁隧道边缘各处的距离不小于 1.5H(H为基坑深度)；模型底面为强风化岩。模型中土体采用实体单元，模型外尺寸为 240m200m；基坑和隧道管片结构采用板单元，其截面尺寸与实际结构完全相同。图 3.1有限元模型图本项目基坑深圳轨道9号线左线第 19 页 共 36 页3.2 地层分布情31、况地层分布情况钻孔资料采用 ZK16，提取出分析标准断面，本地质断面图选取地质条件相对较差，作为基坑开挖不利工况进行计算。建模后地层分布如下图 3.2 所示：图 3.2模型地质柱状图3.3 材料本构模型及计算参数材料本构模型及计算参数在土工有限元分析中，基坑围护结构、地铁隧道衬砌等假设为线弹性体，各土层则假设为弹塑性体，本构模型选用修正摩尔-库伦模型（硬化模型），材料各参数参见表 1.1。强度指标选取表 1.1 中的抗剪强度指标，弹性模量选取表 1.1 中的变形模量，卸载模量选取表 1.1 中的变形模量，泊松比取 0.20.35。场地内的混凝土结构体采用 C30 混凝土，其弹性模量取 30GP32、a，泊松比取 0.2。3.4 边界条件及荷载边界条件及荷载计算模型中各垂直边边界条件为水平铰支约束，模型底面为竖向位移约束。各计算施工阶段边界条件不变。场地初始竖向应力场为土体自重z，水平向应力x按下式确定：zxK0（3.1）式中，0K为静止土压力系数，全风化岩取 0.35，强风化岩取 0.18，中风化岩取 0.1，其它土按下式计算：sin10K（3.2）杂填土 5m强风化岩 11m粗砂 8.5m中风化岩 30m含卵石砂砾土6.5m砂质粘性土 10.5m第 20 页 共 36 页3.5 计算施工阶段计算施工阶段1、施工阶段计算方法施工阶段计算方法目前，基坑施工模拟分析和计算中主要采用全量法、增33、量法。全量法是一种将总荷载和边界条件一次性加载到位，忽略荷载及边界条件随施工过程的变化的分析方法。增量法中荷载根据施工过程的变化逐步增加（或减小），边界条件也相应的调整，整个计算分析过程完全按实际施工过程分为多个阶段，最终工况的结构内力和单元应力、应变根据各个阶段计算结果逐步叠加而成。本次分析计算采用增量法。2、模拟计算主要工况说明模拟计算主要工况说明（1）第一工况：场地初应力分析、实施网络位移清零，如下图 3.3。图 3.3第一工况计算模型图（2）第二工况：施工地铁隧道，施工基坑围护结构，位移清零，此应力场为基坑开挖前场地应力初始条件，如图 3.4；第 21 页 共 36 页图 3.4第二工34、况计算模型图（3）第三工况：施工第一道支撑系统，基坑开挖至第一道支撑底部，如图 3.5；图 3.5第三工况计算模型图第一道支撑角部板第 22 页 共 36 页（4）第四工况：施工第二道支撑系统（靠近地铁位置角部支撑），基坑开挖至第二道支撑底部，如图 3.6；图 3.6第四工况计算模型图（5）第五工况：基坑开挖至基坑底部，如图 3.7；图 3.7第五工况计算模型图第 23 页 共 36 页3.6 计算结果与分析计算结果与分析以下结果中的位移均是指拟建工程基坑开挖完成时引起的位移增量。基坑开挖至基底时的计算结果如图 3.8图 3.21。（1）初始工况计算结果初始工况计算结果图 3.8 初始工况场地35、初始应力云图第 24 页 共 36 页（2）施工隧道工况计算结果施工隧道工况计算结果图 3.9 施工隧道工况应力云图（3）开挖至开挖至第一道支撑底部第一道支撑底部工况计算结果工况计算结果图 3.10 开挖至第一道支撑底工况基坑总位移云图第 25 页 共 36 页图 3.11 开挖至第一道支撑底工况隧道水平位移（TY）矢量图图 3.12 开挖至第一道支撑底工况隧道竖向位移（TZ）矢量图第 26 页 共 36 页图 3.13 开挖至第一道支撑底工况隧道总位移矢量图（4）开挖至开挖至第二道支撑底部第二道支撑底部工况计算结果工况计算结果图 3.14 开挖至第二道支撑底工况基坑总位移云图第 27 页 共36、 36 页图 3.15 开挖至第二道支撑底工况隧道水平位移（TY）矢量图图 3.16 开挖至第二道支撑底工况隧道竖向位移（TZ）矢量图第 28 页 共 36 页图 3.17 开挖至第二道支撑底工况隧道总位移矢量图（5）开挖至开挖至基坑底部基坑底部工况计算结果工况计算结果图 3.18 开挖至基坑底工况基坑总位移云图第 29 页 共 36 页图 3.19 开挖至坑底工况隧道水平位移（TY）矢量图图 3.20 开挖至坑底工况隧道竖向位移（TZ）矢量图第 30 页 共 36 页图 3.21 开挖至坑底工况隧道隧道总位移矢量图3.7 本章小结本章小结通过三维有限元仿真分析，主要工况计算结果如下表所示：表37、表 3.1 轨道轨道 9 号线号线变形汇总表变形汇总表开挖工况最大水平侧移（mm）最大竖向位移（mm）总位移（mm）开挖至第一道支撑底工况0.200.370.40开挖至第二道支撑底工况1.012.292.39开挖至基坑底工况1.443.643.76(注:水平位移以向基坑侧为“+”，竖向位移以向上为“+”）第 31 页 共 36 页第四章第四章 合理化建议及应急预案合理化建议及应急预案4.1 施工过程控制的合理化建议施工过程控制的合理化建议4.1.1 土方开挖土方开挖1 挖土过程中严禁施工机械碰撞、冲抓、碾压工程桩。2 土方开挖应遵循“对称开挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。3 应遵照先排水后挖土38、原则，随挖土深度到位，立即安排排水，排水开始后再挖下一层土，考虑到过分抽排地下水会导致坑后地下水流失，且靠近地铁侧基坑土体大部分为弱透水层，因此坑内采用明沟排水即可。4 挖土深度在机械挖土后留 200300mm 厚土方，由人工修整，以防止超挖。5 挖运土方过程中加强对各类监测点的保护工作，设置明显的保护标记。6 土方开挖期间，设专人定时检查基坑稳定情况，发现问题及时通知相关的技术人员以便及时处理。现场配备必要的应急物资和应急手段。7 开挖至坑底后，立即施工素砼垫层，以防止地下水继续流失。4.1.2 围护结构及地下水处理围护结构及地下水处理应选用有经验的施工队伍进行施工。1 旋挖灌注桩旋挖灌注桩39、（1）支护桩采用旋挖桩，桩型分为 A 和 B，搭接宽度为 300mm；（2）A 型桩桩径 1.2m（或 1.0m），商品混凝土灌注成桩，钢筋混凝土桩采用 C30(水下)；B 型桩素混凝土桩直径 1.2m（或 1.0m），采用 C30（水下）超缓凝混凝土（缓凝时间不少于 60h）。（3）桩位允许偏差 3cm，桩身垂直度偏差不大于 0.3%，主筋间距偏差不大于 10mm，箍筋间距偏差不大于 20mm，钢筋笼长度偏差不大于 100mm，钢筋笼直径偏差不大于10mm，孔底沉渣厚度不大于 200mm。施工应满足建筑桩基技术规范 JGJ94-2008、建筑基坑支护技术规程 JGJ120-2012和滚扎直螺40、纹钢筋连接接头 JG163-2004的规定。第 32 页 共 36 页2 地下水处理地下水处理密切关注靠近地铁侧地下水位变化情况，和地铁隧道的监测。同时施工过程中密切关注坑壁漏水现象。4.2 地铁监测方案的合理化建议地铁监测方案的合理化建议1 轨道 9 号线按照 10m 一个断面布置位移监测点，尽量减少监测工作对轨道 9 号线的影响。2 对于 9 号线采用自动化手段监测，监测频率 1 天 1 次。3 地铁结构监测范围应在基坑变形投影范围基础上往两侧适当扩大范围，一般两侧范围各外延不少于 20m。4 监测的实际变形值达到最大允许变形值的 60%时，应向建设单位、施工单位、地铁公司、地铁运营管理办41、公室发出预报警；当达到最大变形允许值 80%时，须发出报警。4.3 设计方案的合理化建议设计方案的合理化建议1 在邻近地铁侧围护桩后按 10m 间距布置回灌井，及时的根据地下水位和地铁沉降监测数据采取回灌措施，当出现因坑外地下水流失地铁而导致的地铁沉降过大时应采取回灌措施。2 本项目工程桩靠近地铁侧宜采用钻孔工艺的桩型，不得采用挤土桩、挖孔桩。4.4 应急预案应急预案为了保证地铁的安全运营，各相关方须通力合作，采取有效的维护及应急措施，当地铁结构相关指标达到预警值时，应立即停止基坑开挖作业，并及时通知监理工程师及设计工程师，提供所有资料给有关人员或部门，认真仔细分析与查找原因，提出对策，采取可42、靠措施后方可施工。在基坑开挖期间应配备必要的设备及材料，例如挖机、注浆机、水泵、砂包、水泥、速凝剂及钢管等。同时应备一定数量的抢险人员，指挥人员应在现场值班。1 位移、沉降超过预警值，且有进一步发展趋势，则尽快回填砂袋或者直接回填块石、土方压住坡脚，直至基坑变形完全稳定，并采用相应的加固措施。2 基坑土方开挖时，挖掘机械严禁碰撞支护结构。3 建筑材料、临时工棚等应远离基坑坡顶不小于 6m，边坡顶部荷载不得超过 10kpa。第 33 页 共 36 页4 若支护结构局部出现流砂、流土现象，应立即在流砂部位插入引流管，同时支模板、浇筑掺加防水剂的细石砼进行封堵。5 若支护结构出现严重的漏水现象，需对43、基坑内侧反压回填土方，在支护结构外侧采用压密注浆或高压喷射注浆方法进行封堵。若水流流速过快，可适当掺入水玻璃，以加速注浆体的凝结。6 基坑施工前，现场需认真核查周边管网的情况，确保施工安全和管网的正常使用。7 施工前需调查基坑顶地面是否存在地下水管（给水管、雨水管、污水管等）老化渗漏现象，以免其渗入松散填土中增加不利因素。8 施工前必须查明基坑内及支护结构外侧 5m 范围内所有地下管线及地下构筑物情况，在确认已改迁完毕或支护结构对其没有影响后方可进行施工。9 基坑内应设置钢扶梯以便相关人员进出，基坑四周需按设计要求设安全护栏。4.4.1 隧道隧道结构沉降结构沉降基坑开挖降水有可能引起坑外地下水44、流失从而导致地铁结构发生沉降，基坑变形也会引起地铁结构沉降。当地铁结构沉降达到预警值时，采用以下措施：1 首先分析沉降原因，如属于水土流失原因则可在基坑围护结构外注浆隔水，同时采取回灌措施。2 执行上述措施后若地铁结构沉降继续发生，可用树根桩或注浆法加固地基防止继续沉降。4.4.2 地铁结构水平位移地铁结构水平位移由于基坑围护结构存在一定的水平位移会导致地铁结构产生水平位移，当地铁结构的水平位移达到预警值时，采用以下措施：1 回填砾石土、砂石或砂袋等，回填反压土高度至能保证基坑变形完全稳定为止。2 对坑底进行加固，如采用注浆、高压喷射注浆、水泥搅拌桩等提高被动区抗力。3 对基坑挖土合理分段，每45、段土方挖到底后及时浇注垫层。4 地表出现裂缝时，应迅速用水泥浆灌缝，同时用薄膜等防雨物质将裂缝修补处覆盖，防止有地表水渗入土层内。第 34 页 共 36 页4.4.3 其它与地铁有关的突发事件的应急预案其它与地铁有关的突发事件的应急预案1 围护结构漏水围护结构漏水(1)若渗流量较小，应现场观察明确裂缝，采用防水混凝土或砂浆修补封堵。(2)若渗流量大，直接影响地铁沉降，应查明原因，采取相应的措施：如漏水位置离地面不深处，可将围护墙被开挖至漏水位置下 0.51m，在围护墙后用密实混凝土进行封堵。如漏水位置埋深较大，可在墙后采用采用高压喷射注浆法施工摆喷止水帷幕，浆液中应掺入水玻璃（水玻璃与水泥浆分46、管灌注）。同时应注意摆喷帷幕的喷射角度，使其产生的高压尽量不要影响到围护结构。注浆的同时应进行围护结构水平位移监测，必要时可先回填基坑，待注浆达到止水效果后再重新开挖。有条件的情况下也可以采用水泥搅拌桩等其他方式进行封堵。(3)在执行上述措施的同时，启动回灌措施。第 35 页 共 36 页第五章第五章 结论与建议结论与建议5.1 水位变化、基坑开挖综合作用分析水位变化、基坑开挖综合作用分析本文分析了地下水位变化和基坑开挖过程中土体挖除和支护结构施工对轨道交通设施的影响。基坑开挖过程中，土体挖除、支护结构施工和水位变化是同时发生，同时对轨道交通设施产生影响，轨道交通设施结构内力和位移的变化是周边47、地下水和土体应力变化的叠加效应，因此应对本报告第二和第三章分析结果进行矢量叠加，所有计算结果汇总如表 5.1 所示。表表 5.1 设计方案对设计方案对隧道隧道综合影响评估结果汇总表综合影响评估结果汇总表影响条件轨道 9 号线车站最大侧移（mm）最大竖向位移（mm）开挖降水/-4.83土方开挖1.443.64总位移量总位移量1.44-1.19(注:水平位移以向基坑侧为“+”，竖向位移以向上为“+”）5.2 主要结论主要结论1 按设计方案，基坑开挖降水引起 9 号线隧道地下水水位降幅约 1.2m，降水引起沉降约 1.19mm，降水引起的沉降较小；2 综合考虑基坑开挖降水、土方开挖卸荷和基坑支护结构48、等共同作用，预计基坑施工引起 9 号线地铁隧道结构最大水平位移 1.44mm，位移较小；基坑开挖及降水综合引起的沉降约 1.19mm，在地铁隧道允许沉降范围内。从总体分析上看，基坑施工使地铁结构产生的位移均能满足地铁安全保护要求，基坑对地铁产生的风险总体可控。第 36 页 共 36 页5.3 建议建议1 加强地下水位监测与控制轨道 9 号线处于运营状态，两侧土方开挖后地铁顶部的地下水由于没有补给通道，下降较快，建议在隧道中间按照 1015m 的间距设置抽水或回灌井，并采用监测数据信息化指导抽、灌水措施。2 施工过程中应加强基坑监管和控制严密监测基坑的变形和安全性，做到信息化施工，控制变形在规范允许的范围。同时严密监测车站结构的变形和线路的状态，确保地铁结构变形值不超标。3 施工监测应参考本报告的分析结果，对地铁的车站结构进行布点监测，建议监测车站结构（角点）的位移和沉降、车站周边场地（靠基坑侧）布置水位监测点、轨道面的沉降和变形、线路的平顺性及线路的三角坑等内容。