目录
1 工程概况 ............................................................................................................................... 1
1.1评估项目背景 .................................................................................................................... 1 1.2某基坑工程项目概况 ........................................................................................................ 1 1.3 某基坑工程项目基坑设计概况 ....................................................................................... 1 1.4 xx区间工程概况 .............................................................................................................. 2 1.5 某基坑工程项目与地铁区间的位置关系 ....................................................................... 2
2 场地工程地质和水文地质 ............................................................................................... 5
2.1地形地貌 ............................................................................................................................ 5 2.2区域构造及地震 .............................................................................. 错误！未定义书签。 2.3 地层分布及特性 ............................................................................................................... 5 2.4 水文地质及水、土腐蚀性评价 ....................................................................................... 6 2.5 不良地质 ........................................................................................................................... 6 2.6 地震效应评价 ................................................................................................................... 6 2.7 岩土参数取值 ................................................................................................................... 6
3 评估参照规范和依据 ........................................................................................................... 7
3.1 参照的规范 ....................................................................................................................... 7 3.2 设计及勘查资料 ............................................................................................................... 7
4 主要评估内容和评估方法 ............................................................................................... 7
4.1 评估内容 ........................................................................................................................... 7 4.2 评估思路 ........................................................................................................................... 8 4.3 评估方法 ........................................................................................................................... 8 4.4 数值分析假定 ................................................................................................................... 9 4.5 数值分析控制标准 ........................................................................................................... 9
5 盾构区间安全分析 ......................................................................................................... 11
5.1 计算模型 ......................................................................................................................... 11 5.2 计算工况 ......................................................................................................................... 12
6 计算结果分析 ................................................................................................................. 15
7 评估结论及建议 ............................................................................................................. 25
7.1 结论 ................................................................................................................................. 25 7.2 建议 ................................................................................................................................. 26
1 工程概况 1.1评估项目背景
某基坑工程项目由xx有限公司投资建设，该项目临近xx区间。受某公司委托，完成某基坑工程项目基坑施工对临近地铁区间影响的安全评估工作。 1.2某基坑工程项目概况
拟建某基坑工程项目场地由1#地块、4#地块组成。其中1#地块xx路，西靠xx，。1#地块规划建设净用地面积19384.20㎡，规划总建筑面积136256.68㎡，设四层地下室，设计的±0.00标高为500.50m，地下室长约170m、宽50～116m，周长约440m；1#地块基坑支护按基坑底标高482.00m考虑进行设计。4#地块北临xx路，西靠xx路，南面为xx路，东侧为xx路。规划建设净用地面积24339.14㎡，规划总建筑面积137042.47㎡，包括1#、2#、3#高层主楼，通设四层地下室，设计的±0.00绝对标高为507.00m，地下室长约165m、宽67～128m，周长约525m；基坑支护按基坑底标高497.0m～4.5m考虑。拟建场地距东客站直线距离约300m，交通便利，位置优越 1.3 某基坑工程项目基坑设计概况
1#地块临近地铁侧基坑深13.5m，采用单排桩+两道钢支撑支护。支护参数如下：桩径1.3m，间距1.8m，嵌固6m，钢支撑水平间距5.4m，冠梁宽1.3m，高0.8m，砼腰梁高宽均为1m。围护桩及冠梁、腰梁均采用C30混凝土。基坑安全等级为一级。施工期需降水至底
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板下。
4#地块临近地铁侧基坑深度13m，采用单桩+两道钢支撑支护。支护参数如下：桩距1.80m，排距2.50m，桩径1300mm，嵌固深度7m，冠梁宽1.3m，高0.8m，砼腰梁高宽均为1m。钢支撑水平间距5.4m。围护桩及冠梁、腰梁均采用C30混凝土。基坑安全等级为一级。施工期需降水至底板下。 1.4区间工程概况
本区间临近基坑沿线地面场地较平坦，临近基坑段区间平面线路为直线，隧道最大覆土厚度约24m、最小覆土厚度约17m，区间基本位于中风化泥岩范围内。
盾构区间衬砌管片厚度300mm，内径5400mm，外径6000mm，分为6块，采用螺栓连接，每环长度1500mm，采用C50 P12砼预制管片。管片主筋为HRB400级，保护层厚度：外侧50mm，内侧40mm。管片最大裂缝宽度要求≤0.2mm，且不得有贯穿裂缝。
图1.4 衬砌断面分块图 1.5 某基坑工程项目与地铁区间的位置关系
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图1.5-1 1#地块与区间平面位置关系
图1.5-2 1#地块与区间剖面位置关系
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图1.5-3 4#地块与区间平面位置关系
图1.5-4 4#地块与区间剖面位置关系
地铁区间与基坑边线基本平行，1#地块基坑开挖边线距离地铁盾构区间外皮水平净距离约为11.6m；基坑底标高4.5m。 4#地块基坑开挖边线距离地铁盾构区间水平净距离约为13.0m；基坑底标高497.0m。地铁区间与基坑临近范围结构底标高约为480.23~482.2，
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1#地块位置，盾构区间拱顶点低于基底2.27m。4#地块位置，盾构区间拱顶点低于基底9.34m。 2 场地工程地质和水文地质 2.1地形地貌
1#地块地面高程为499.68～506.20m，最大高差6.52m；，4#地块地面高程为510.48～517.86m，最大高差7.38m；场地地貌单元均属岷江水系II级阶地。 2.3 地层分布及特性
根据勘察资料，在勘察深度范围内地基土按时代和成因分为第四系全新统(Q/4ml/)人工填土层①，第四系上更新统冲洪积(Q/3al+pl/)粘土②及含卵石粘土③、白垩系上统灌口组泥岩④组成。现将场地地层由上而下分述如下：
(1)杂填土①-1: 杂色，稍湿，松散，多以碎砖砼块及碎石为主，含少量粘性土，系新近回填形成。场地局部分布，厚度0.50～7.0m。
(2)素填土①-2:褐灰色、褐红色、棕红色，稍湿，稍密，以粘性土及风化岩块回填物为主，结构松散，系新近回填形成。场地内大部分地段分布，层厚0.50～6.50m。
(3)粘土②：褐灰～褐黄色，硬塑，网状裂隙发育，场地内普遍分布，层厚1.00～11.80m，为弱膨胀潜势膨胀土。
(4)含卵石粘土③：褐黄～褐红色，稍湿，硬塑，主要成分为粘土，卵石含量15%～30%，卵石呈全～强风化。该层土在场地内部分地段分布，厚约1.5～11.90m。
(4)泥岩：褐红～棕红色、泥质结构，薄层～巨厚层构造，主要成分为粘土矿物。该层细分为全风化泥岩、强风化泥岩和中风化泥岩
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三个亚层。
2.4 水文地质及水、土腐蚀性评价
本场地内地下水类型为分布于填土层中的上层滞水和分布于基岩的裂隙水。上层滞水分布无规律，无统一水位；基岩裂隙水分布于泥岩裂隙中，受裂隙发育程度、连通性及隙面填充物特征等影响，勘察时钻孔内未见地下水。本场地的地下水和场地土对建筑材料的腐蚀等级微。 2.5 不良地质
勘察场地地势开阔，无滑坡、崩塌、地面沉陷、岩溶、泥石流等不良地质作用，地基无暗浜、古河道、大的洞室等不良地质作用， 场地内无膨胀性土和湿陷性土等其他特殊性土分布。 2.6 地震效应评价
场地覆盖层范围内的等效剪切波速为267m/s，场地开阔、平坦，区域上属地壳稳定区，无不良地质作用，场地内无断裂通过。依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）表4.1.1判断：建设场地属于对建筑抗震的一般地段 2.7 岩土参数取值
表2.7 地基土主要岩土参数建议值表
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岩土名称重度γ(kN/m3)承载力特压缩模量征值ES(MPa)fak(kPa)抗剪强度指标粘聚力标准值Ck(kPa)5.08.020.030.030.050.0200.0岩土与锚固体的极限摩阻力标准内摩擦角标准值φ值qsk(Kpa)k（º）①-1杂填土①-2素填土②粘土③含卵石粘土④-1全风化泥岩④-2强风化泥岩④-3中风化泥岩18.018.020.019.519.521.024.0802402001803008003.05.010.09.012.030.0100.010.010.010.017.015.020.030.020.025.070.045.060.0150.0220.0 3 评估参照规范和依据 3.1 参照的规范
《地铁设计规范》（GB50157-2013）；
《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/T 202-2013； 《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）； 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）； 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）；
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）等相关的国家规范、规程 3.2 设计及勘查资料
4 主要评估内容和评估方法 4.1 评估内容
（2）、提出各变形控制指标；
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（3）、对施工工艺、技术措施及监控量测措施提出建议。 4.2 评估思路
某基坑工程项目施工对既有地铁区间结构会造成一定影响，对其进行安全性评估是本项目工作的重点。通过收集、整理和分析地层、设计和现状调查资料，运用数值分析、工程类比和专家评议等多种方法，预测本项目施工引起既有地铁区间结构的变形，同时考虑在该变形条件下既有区间结构的最终内力状态，在此基础上评价既有地铁区间结构及运营是否安全。基坑底高程均高于地铁区间拱顶，水平净距约为11.6~13m，因此在开挖过程中，岩土应力释放和变形后可能对盾构区间造成不利影响。重点分析基坑支护结构自身的安全和开挖过程中地铁区间的安全。 4.3 评估方法
新建某基坑工程项目施工引起既有地铁区间结构变形分析从理论计算入手。用于地下结构理论计算的力学模型主要为两种：（1）连续介质模型，即地层—结构模型；（2）作用—反作用模型，即荷载—结构模型。具体到本工程，考虑到施工引起的区间结构沉降与地层关系密切，因此采用地层结构模型进行施工过程分析，根据结构变形计算结果，后期对结构的内力分析采用荷载-结构模型。
目前，可用于地层—结构模型分析的大型计算软件有Ansys、Midas-GTS、Flac及Abqus等。本次计算采用Midas-GTS软件，选取连续介质模型模型，对基坑开挖施工及项目建成后进行过程模拟分析，得出既有地铁区间结构变形及横断面方向上的内力变化，再根据
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变形结果采用荷载—结构模型对隧道纵轴线方向进行内力分析，评估既有地铁盾构区间结构的安全性，并根据行车安全要求，综合各种影响因素，提出本项目实施时，既有地铁区间结构及轨道的变形控制标准和保护措施。 4.4 数值分析假定
（1）某基坑工程项目施工期间，既有地铁区间结构仅考虑正常使用工况。
（2）假定基坑、区间结构与土体之间符合变形协调原则； （3）本评估分析的前提是基坑开挖、支护、降水施工处于良好控制中。
4.5 数值分析控制标准
控制值根据以下规范，取二者较小值作为控制值：
根据《城市轨道交通工程监测技术规范》GB50911-2013 9.3.5条规定， 城市轨道交通既有线隧道结构变形控制值见下表:
表4.5-1 城市轨道交通既有线隧道结构变形控制值
监测项目 累计值（mm） 隧道结构沉降 3~10 隧道结构上浮 5 隧道结构水平位移 3~5 隧道差异沉降 0.04%Ls 隧道结构变形缝差异沉降 2~4 注：Ls—沿隧道轴向两监测点间距 变形速率（mm/d） 1 1 1 — 1 根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/T 202-2013，附录B 城市轨道交通结构安全控制指标值见下表:
表4.5-2 常用的城市轨道交通结构安全控制指标参考值
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安全控制指标 预警值 控制值 安全控制指标 预警值 控制值 隧道水平位移 隧道竖向位移 隧道径向收敛 隧道变形曲率半径 隧道变形相对曲率 盾构管片接缝张开量 ＜10mm ＜10mm ＜10mm - - ＜1mm - ＜20mm ＜20mm ＜20mm ＞15000m ＜1／2500 ＜2mm 轨道横向高差 轨向高差 （矢度值） 轨间距 道床脱空量 振动速度 ＜2mm ＜2mm ＞-2mm ＜+3mm ≤3mm - 迎水面 ＜0.1mm 背水面 ＜0.15mm ＜4mm ＜4mm ＞-4mm ＜+6mm ≤5mm ≤2.5cm/s 迎水面 ＜0.2mm 背水面 ＜0.3mm 隧道结构外壁 附加荷载 结构裂缝宽度 ≤20kPa
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5 盾构区间安全分析 5.1 计算模型
由于地铁区间隧道与基坑的位置关系相互平行，符合平面应变模型计算要求，故本次计算采用二维平面应变模型进行分析，模型高 60m，宽150m，选取基坑临近地铁基坑中部断面位置模拟计算。
在整个计算模型范围内，地质资料反应地质情况非常复杂，多个地层分界线为曲线，考虑到建模的难度和在用数值模拟计算过程中，土层分界过多会影响计算结果的分析。因此，在模拟的过程中，对土层的分布情况做了一些的简化。简化后的土层能合理地反映在整个模型中地层的分布情况。
1#地块模型土层厚度：填土6.5米、全风化泥岩：3.2米；强风化泥岩：3.3米；中风化泥岩：38.5米。
4#地块模型土层厚度：填土2米、粘土4.6米、中密卵石土6米、全风化泥岩：3.4米；强风化泥岩：5.5米；中风化泥岩：36.4米。
建立模型如下;
图5.1 地块1计算模型
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图5.2 地块4计算模型
采用Midas GTS进行计算，计算时假定围岩为连续介质，采用四边形实体单元模拟，区间隧道结构采用梁单元模拟，围护桩采用四边形实体单元模拟，其弹性模量根据等刚度原理进行。
围岩在开挖过程中考虑其塑性变形，破坏准则采用摩尔库伦弹塑性准则，而区间结构、围护结构和内支撑仅考虑其弹性工作，采用线弹性本构关系。
根据地质报告提供的参数及工程经验，考虑安全性评估需要，对一定深度范围内岩土类别相近的土体进行了合并，并对土层参数进行综合取值，数值模型中的地层划分及主要力学参数取值如表2-7所示。围护桩采用C30钢筋混凝土，地铁盾构管片采用C50 P12钢筋混凝土，其相关参数参照规范取值。
根据业主提供资料，模型计算荷载主要包括：自重、土压力、超载。回筑后，房屋结构简化成荷载作用地下室筏板，根据提资，筏板的地基反力为580Kpa。 5.2 计算工况
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按照基坑与既有地铁区间空间位置关系，考虑基坑开挖对周边土体或既有地铁区间的影响范围，通过计算分析，选取基坑范围内靠近中部的断面作为研究分析对象。
按照基坑设计单位提供的基坑设计图纸，从中提取出两个对盾构区间影响最大的工况进行计算。
1#地块工况说明：
工况一：临近盾构区间侧二期基坑开挖至负二层地下室位置（-7.8m），远离盾构区间一期基坑开挖至负四层地下室位置（-13.5m）。
5.2-1 工况一示意图
工况二：临近盾构区间侧二期基坑开挖至负四层地下室位置（-13.5m），并架设钢支撑。
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5.2-2 工况二示意图
5.2-3 工况三示意图
4#地块工况说明：
工况一：临近盾构区间侧基坑开挖至负二层地下室位置（-7m），远离盾构区间基坑开挖至负四层地下室位置（-13m）。
5.2-4 工况一示意图
工况二：临近盾构区间侧基坑分层开挖至负四层地下室位置（-13m），并架设钢支撑。
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5.2-5 工况二示意图
5.2-6 工况三示意图
6 计算结果分析
（1）1#地块开挖对区间的影响分析结果（初始状态位移已重置为0mm）
图6-1 初始管片弯矩图 工况一计算结果： 15
图6-2 工况一水平位移云图 图6-3 工况一竖向位移云图
图6-4 工况一管片弯矩图 工况二计算结果： 16
图6-5 工况二水平位移云图 图6-6 工况二竖向位移云图
图6-7 工况二管片弯矩图 工况三计算结果： 17
图6-8 工况三水平位移云图 图6-9 工况三竖向位移云图 18
图6-10 工况三管片弯矩图 针对施工中最不利的三个阶段进行计算结果分析。 1)、管片变形值分析
根据计算可知，既有区间结构变形情况统计见表6-1。
表6-1 既有结构变形值
项目 （mm） 工况一 工况二 工况三 1.97 2.19 2.65 （mm） 0.86 2.58 4. 区间结构水平位移区间结构竖向位移由上述结果可知，基坑开挖及回筑施工对区间结构的变形有一定影响。在开挖过程中，区间结构产生了向坑内方向的水平位移及向下的竖向位移。
2)、管片内力值分析
根据计算可知，既有区间结构内力情况统计见表6-2。
工况
表6-2 既有结构内力情况统计 区间结构弯矩（kN·m） 19
初始状态 工况一 工况二 工况三 拱顶 46.5 52.8 53.0 51.5 拱底 55.8 61.3 58.0 59.4 邻近基坑侧 -50.8 -57.4 -54.8 -51.8 远离基坑侧 -50.8 -56.7 -57.0 -56.3 上述结果显示，在工况一作用下，盾构管片结构各部位横断面内力均略有增加，最大增幅6.6 kN·m。在工况二作用下，相较于工况一管片内力略有减小，最大减幅为3.3 kN·m，在工况三作用下，相较于工况二管片内力略有减小，最大减幅为3.0 kN·m，但相比于初始工况管片内力仍为增加。经过验算，区间结构混凝土管片及接缝设计在地块基坑开挖及回筑过程中均能满足设计要求。
（2）4#地块开挖对区间的影响分析结果（初始状态位移已重置为0mm） 初始状态：
图6-11 初始管片弯矩图 工况一计算结果： 20
图6-12 工况一水平位移云图 图6 -13 工况一竖向位移云图
图6-14 工况一管片弯矩图 21
工况二计算结果： 图6-15 工况二水平位移云图 图6 -16 工况二竖向位移云图
图6-17 工况二管片弯矩图 工况三计算结果： 22
图6-18 工况三水平位移云图 图6 -19 工况三竖向位移云图
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图6-20 工况三管片弯矩图 针对施工中最不利的三个阶段进行计算结果分析。 1)、管片变形值分析
根据计算可知，既有区间结构变形情况统计见表6-3。
表6-3 既有结构变形值 项目 （mm） 工况一 工况二 工况三 2.98 3.23 5.08 （mm） 2.20 3.72 5.78 区间结构水平位移区间结构竖向位移由上述结果可知，基坑开挖及回筑施工对区间结构的变形有一定影响。在开挖及回筑过程中，区间结构产生了向坑内方向的水平位移及向下的竖向位移。
2)、管片内力值分析
根据计算可知，既有区间结构内力情况统计见表6-4。
表6-4 既有结构内力情况统计 区间结构弯矩（kN·m） 拱顶 拱底 邻近基坑侧 69.9 80.3 -78.9 77.3 85.1 -87.7 78.0 82.8 -86.1 70.2 79.1 -75.0 工况 初始状态 工况一 工况二 工况三 远离基坑侧 -75.4 -84.8 -84.7 -72.7 上述结果显示，在工况一作用下，盾构管片结构各部位横断面内力均略有增加，最大增幅8.8 kN·m。在工况二作用下，相较于工况一管片内力略有减小，最大减幅为2.3 kN·m，在工况三作用下，相较于工况二管片内力略有减小，最大减幅为12.0kN·m，但相比于初
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始工况管片内力仍为增加。经过验算，区间结构混凝土管片及接缝设计在地块基坑开挖及回筑过程中均能满足设计要求。 7 评估结论及建议 7.1 结论
通过数值模拟计算，计算结果显示，在基坑开挖及回筑过程，既有区间结构变形情况如下：
1#地块基坑开挖见底后，地铁区间向基坑内侧最大水平位移为2.19mm，竖向最大位移为2.58mm，水平竖向位移均满足控制值要求。
1#地块基坑回筑、房屋主体结构施工完毕后，地铁区间向基坑内侧最大水平位移为2.65mm，竖向最大位移为4.mm，水平竖向位移均满足控制值要求。
4#地块基坑直接开挖见底后，地铁区间向基坑内侧最大水平位移为3.23mm，竖向最大位移为3.72mm，水平竖向位移均满足控制值要求。
4#地块基坑回筑、房屋主体结构施工完毕后，地铁区间向基坑内侧最大水平位移为5.08mm，竖向最大位移为5.78mm，水平竖向位移均满足控制值要求。
既有区间结构内力变形情况如下：
（1）、地铁区间结构横断面方向内力有少量增加，原区间结构能满足要求；
（2）、地铁区间结构纵轴方向受力较为复杂，内力有少量增加，受拉区及受压区管片结构混凝土及接缝满足区间结构设计要求。
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通过计算分析得知，在某基坑工程项目基坑支护施工控制良好的情况下引起的结构受力、位移变化较小，未超过规范规定安全控制值，可认为该工程实施对既有地铁区间结构在预测变形范围内是安全的，可满足地铁安全运营的要求。 7.2 建议
虽然某基坑工程项目施工对既有区间结构影响较小，但根据行车安全要求，综合各种影响因素，需严格遵守基坑开挖相关要求，严格控制变形，同时需要在施工全过程对既有地铁区间及其周边地层进行同步监测。
综合考虑新建某基坑工程项目实施对既有地铁区间的安全影响，提出如下建议：
（1）、由于基坑支护的自身安全直接影响到地铁区间安全，因此在基坑开挖、支护、主体回筑阶段应该严格控制各项施工质量，确保基坑安全，保证既有地铁区间安全。
（2）、围护桩施工尽量采用成熟机械及工艺，避免钻孔期间塌孔等现象出现。
（3）、应特别注意加强对基坑施工过程中的监测工作，一旦出现预警情况，应立即停止开挖，及时分析原因，制定应对措施。必要时可增设一道内支撑，控制土体变形。
（4）、基坑周边5m范围内应严格超载，5~15m范围控制荷载在5Kpa以内。
（5）、做好基坑周边的地面硬化及其他防、截、排水措施，防
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止雨季降水危及基坑。
（6）、由于本项目基坑基本位于泥岩层，据已有资料，泥岩遇水易软化，且存在一定的膨胀力，基坑施工中应注意桩间网喷砼的施工质量控制，基坑见底后应及时封底，避免雨水浸泡。
（7）、应聘请专业监测机构对基坑和地铁区间同步进行监测，监测方案应获得地铁保护部门认可，监测结果应定期上报地铁保护部门，遇紧急应立即上报。由本基坑施工引起的地铁区间隧道内巡视和监测应持续至基坑回筑到地面以上3个月。
（8）、基坑施工之前制定完善的施工组织设计和应急预案，并在现场备好应急抢险物资。在基坑开挖过程中遇区间位移预警，应启动应急措施，控制区间位移。
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