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深圳某邻近地铁隧道深基坑支护方案分析

文档作者：吴伯建1，朱珍德1，高伟2，莫进丰2，李爱国2 文档来源： 1．河海大学岩土工程科学研究所 2．深圳市勘察测绘院有限公司		点击数：	更新时间： 2025年05月10日
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上一篇：深圳某项目基坑开挖对地铁影响的风险应对…

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2012年10月上
第4l卷第374期
施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 23
深圳某邻近地铁隧道深基坑支护方案分析
吴伯建1，朱珍德1，高伟2，莫进丰2，李爱国2
(1．河海大学岩土工程科学研究所，江苏南京210098；2．深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳518028)
[摘要]以深圳市某深基坑工程为例，考虑到基坑开挖对地铁结构安全可能产生的不利影响，设计了两种控制变形
较好的支护方式，通过数值模拟不同支护方式下基坑开挖的动态全过程，对其进行了评价并对基坑支护方案选择
和施工措施提出建议，结合监测资料与数值分析结果进行比较，结果表明，数值分析与实际监测吻合较好。
[关键词]地下工程；深基坑；地铁隧道；支护；数值分析；监测
[中图分类号]TU753 [文献标识码]A [文章编号]1002—8498(2012)19—0023-04
Comparison Analysis of Deep Foundation Excavation Supporting Systems
Adjacent to Subway Tunnel in Shenzhen
Wu Bojianl，Zhu Zhendel，Gao Wei2，Mo Jinfen92，Li Aigu02
(1．Geotechnical Research Institute，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098，China；
2．Shenzhen Geotechnical Investigation&amp;amp;Surveying Institute Co．，Ltd．，Shenzhen，Guangdong 5 1 8028，China)
Abstract：Considering some deep foundation excavation project in Shenzhen adjacent to Shenzhen Metro
Line 2，two different types of supporting systems were accordingly designed and the corresponding
construction processes were simulated considering the potential adverse influence on metro structures。In
this way，the appropriate supporting type was chosen as the supporting system and some suggestions were
proposed for the actual construction control according to the analytical results and comparison．It has been
shown that actual deflection curves from collected monitoring data have the trend similar to the predicted
results．
Key words：underground；deep foundation excavation；subway tunnels； supports； numerical
analysis；monitoring
随着城市地下交通轨道的快速发展，城市深基
坑工程往往面临更为复杂的周边环境，不同于地面
建筑物和道路，运营的地铁轨道对变形的要求更
高，基坑开挖造成的位移沉降如果无法达到规范要
求会对地铁的安全运行构成威胁。针对基坑开挖
对邻近地铁隧道影响这一问题，国内外学者做出了
许多研究。由于基坑边界条件过于复杂，采用解析
方法很难求解深基坑开挖对邻近地铁隧道的影响，
数值分析软件则在这一研究领域得到了广泛的
利用。
本文依托深圳市区某深基坑工程，采用数值模
拟软件对不同支护方式下基坑开挖过程进行动态
[收稿日期]2012-05—11
[基金项目]国家重点基础研究发展计划(973)资助项目
(2011CB013504)；国家自然科学基金项目(41272329)；深部岩土力
学与地下工程国家重点实验室资助项目(SKLGDUEK0902)
[作者简介]吴伯建，硕士研究生，E—mail：554619777@qq．coin
模拟，分析基坑开挖对邻近地铁隧道的影响，从而
对支护方式进行评价和选择，同时给出了一些实际
施工控制措施，以求为类似工程项目的设计和施工
提供参考。
1工程概况
某变电站工程位于深圳市区，总用地面积为
6 625m2。场地内建筑物采用半地下室结构，地上2
层，高度为12m，地下3～4层，基坑开挖设计深度分
别为13．15m(见图1中A区域)、15．65m(见图1中
B区域)，基坑底边线周长约为269m。
基坑四周唯一的地面构筑物为南侧的加油站，
相距约50m，西侧的道路边线距离基坑边线也是
50m左右，基坑东侧及东北侧有两条并行的地铁隧
道通过，基坑边线距地铁隧道外侧的最小距离为
40．38m，最大距离为57．02m，地铁隧道外侧边线外
移15m为地铁保护线。
工程场地内岩土层分布及设计所需工程地质
万方数据
24 施工技术第4l卷
用地红线
道路I 吾
N幽
＼上
参|．
坑边线／地铁保护线
圆地铁2号线左侧隧道
地铁2号线右侧隧道
图l基坑平面示意
F嘻1 Plan of the foundation excavation
参数如表1所示，基坑及地铁隧道与岩土层的关系
如图2所示。场地内地下水类型有第四系孔隙水和
基岩裂隙水2种，地下水埋深为5．80～7．20m，水位
动态变化受气候和季节控制。
表1工程地质参数
Table 1 Engtneering geological parameters
i-O．000
图2基坑典型剖面
Fig．2 Typical geological profile
of the foundatiOff excavation
2基坑支护
基坑支护设计思路为桩撑与桩锚相结合的形
式，支护桩采用冲孔灌注桩，直径1 200ram，水平间
距1．5m，作桩间旋喷桩止水帷幕。锚撑支护方案有
2种：①方案l对深13．15m的基坑采用单层钢管
支撑，对深15．65m的基坑四角采用3层钢管角撑，
南面中段采用3层预应力锚杆(见图3a)；②方案2
对深13．15m的基坑采用单层钢管支撑，对深
15．65m的基坑则全部采用3层预应力锚杆(见图
3b)。
通过采用理正深基坑6．0软件计算，上述两种
抛／／弋≤保护线，7、飓伙俅∥玟
a方案l
粱
b办案2
图3基坑支护布置
Fig．3 Layout of foundation excavation
supporting systems
方案均满足基坑的稳定性要求。但是该基坑工程
的难点在于：基坑开挖深度较大，距离地铁隧道保
护范围较近，基坑开挖会导致地铁隧道周边土体卸
荷，使原有应力场发生改变，进而可能引起邻近隧
道段的水平变形；基坑施工周期较长，开挖深度内
存在强透水砂层，基坑开挖降水使周围土体水位下
降，进而引起隧道的竖向变形，产生的附加应力对
土体变形的影响明显。而基坑周边的地铁结构对
变形的要求较高，为确保地铁运营正常与结构安
全，有必要在基坑开挖前利用数值软件分析模拟深
基坑开挖过程，提前对地铁隧道的变形进行预测与
分析，选择合理的支护方案，减少工程风险。
3基坑开挖数值模拟
3．1典型剖面选择
考虑到基坑开挖深度和两种方案的区别，取3
个典型剖面(见图1)：①典型剖面l取在开挖深度
为13．15m的基坑区域(A区域)，该剖面两种支护
方案一致，剖面编号为1--1；②典型剖面21，22取在
开挖深度为15．65m的基坑区域(B区域)的同一位
置，该剖面两种支护方案不一致，对应方案l的剖面
编号为21--21；对应方案2的剖面编号为22—22。
3．2模型建立
采用数值软件PLAXIS模拟基坑开挖的全过
＼蘼一
上
万方数据
吴伯建等：深圳某邻近地铁隧道深基坑支护方案分析
程，并进行变形和受力计算。计算模型采用水土耦
合，考虑基坑开挖地下水位下降的影响。其中土体
采用Mohr—Coulomb模型，支撑、锚索及围护体等结
构构件采用线弹性模型模拟。
分析模型的水平方向按基坑工程实际情况进
行建模，考虑一定的开挖影响范围，剖面1．1对应的
模型水平方向总长130m，剖面21—21，22—22对应
的模型水平方向总长80m；深度则取至足够深度，为
地表以下35m。对称边施加对称约束边界条件。采
用三角形15节点单元模拟土体，采用梁单元模拟灌
注桩，采用弹性支座模拟支撑，采用点对点锚杆单
元模拟自由段，采用土工格栅模拟锚索锚固段，采
用结构单元模拟隧道盾构片，采用弹塑性无厚度接
触面单元模拟围护结构与土体之间相互作用。不
同剖面模型的计算过程如表2所示。
3．3计算结果与分析
得到的总位移云图如图4所示。由图4可以看
出基坑开挖产生的位移变形主要发生在基坑坑底，
并逐渐向周边范围扩散，支护方式一定程度上影响
了这种扩散趋势，比较剖面2‘一21和剖面22—22对
应的云图，桩锚方案对周围土体的影响较大，基坑
坑顶的位移达到24ram，而桩撑方案仅为8ram；此外
桩锚方案的影响范围也相对扩大很多，在距离基坑
40m埋深lore处，桩撑产生的变形为桩锚产生变形
的75％。
基坑开挖到底的渗流分析如图5所示，剖面
a剖面1—1
a剖面1 1
表2不同剖面模型计算步骤
Table 2 Calculation steps of different profile models
编号剖面l—1 ．剖面21—21 剖面22—22
． 考虑地铁初始应力考虑地铁初始应力考虑地铁初始应力
。
(1—2) (1—2) (1—2)
． 施工桩施工桩施工桩
‘
(3—4) (3—4) (3～4)
． 第1步开挖第1步开挖第1步开挖
。
(5～24) (5—24) (5—24)
． 支撑施工第1道支撑第1道锚索
(25—27) (25—30) (25—27)
， 降水及开挖到底第2步开挖第2步开挖
。
(28—32) (31—37) (28—40)
， 第2道支撑第2道锚索
’
(38—44) (4l一45)
． 第3步开挖第3步开挖
(45—50) (46—49)
。第3道支撑第3道锚索
’
(51—53) (50—51)
． 降水及开挖到底降水及开挖到底
’
(54～58) (52—56)
1—1水位最大降幅为1．3m，剖面21—21、剖面22—
22的水位最大降幅均为4．5m，地铁隧道埋深约
18m，可知支护方式对水位影响不大。
布置地铁隧道关键点A，B，C，D如图2所示。
不同模型地铁各关键点水平位移及沉降随基坑施
工步变化的曲线如图6所示。关键点水平位移由大
到小依次为A，B，C，D，沉降由大到小依次为B，A，
D，C，关键点A，B处在邻近基坑的地铁隧道的侧边
和上部，受基坑开挖影响最大。两种支护方案造成
【mm】
l||
【mm】
I||
b剖面21_2一C剖面22—2：
图4总位移云图
Fig．4 Total displacement contours
b剖面2I 21 c剖面2：2：
图5渗流变化
Fig．5 Variation of seepage
埘0叫UH廿0U080U0UHu8 h，虼K叼t矸强我掰弘”¨ ●oQ，^jObE《■*d1，d‘ZJ●^HMYo．o ‘，nXnY^Y^U、nX^Y^u)U、n℃^v)∞鼢般础黯明解觚酝涮吣 剐pm≈^YjU、n≮^Y^v】U、nY^v) m，-；，‘zJ，^‘Z』1‘上●， ●8Z，pQ《a4j{，TlU2
万方数据
施工技术第4l卷
暑
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浍毯
施工步
a水平位移
￡l r。
引F鬻蕊⋯’⋯⋯”鼬嘲嬲冁淫嚣；}．zM·桩锚．．鹄嘟。
施工步
b沉降
图6地铁各关键点水平位移与沉降随
基坑施工步变化曲线
Fig．6 Horizontal displacement and settlement of
subway tunnel key points in every construction step
的曲线变化趋势存在明显差异，桩锚后期变化较
陡，与开挖深度关系密切，当开挖越过临界深度后，
支锚效果逐渐削弱，位移增加明显。
监控地铁隧道影响的有限元计算结果如表3所
示。结果中仅方案2(剖面1—1+剖面22—22)中水平
位移一项未达到地铁保护监控指标的要求。
表3分析结果
Table 3 Analysis results Inm
变形及沉降而吾篆拦‰酉臀
4方案比较分析及施工建议
两种支护方案控制变形的效果可以由数值分
析得出：①方案1基坑开挖卸荷产生邻近地铁隧道
的水平和竖向变形均<5ram，满足了地铁保护要求
的控制值，其控制变形优于方案2；②价格上看，方
案l造价较低；③施工上比较，方案l由于同主体结
构之间存在交叉作业(回填、拆撑、浇筑混凝土等)，
施工复杂，而方案2与主体结构之间是完全独立的，
施工较方便，但是施工时部分锚索末端进入了地铁
保护线的范围，存在不利影响。
通过比较，方案1适合本工程。实际工程采用
了这一方案，施工中针对这一方案提出以下施工措
施及建议。
1)基坑为内支撑结构，施工空间小，建议采用
小型挖土机挖土，土方开挖遵循先撑后挖、对称开
挖、分层开挖、严禁超挖、先排水后挖土的原则。
2)施工中确保支护桩的垂直精度，支撑梁、腰
梁的混凝土浇筑应同时进行以保证混凝土支撑体
系的整体性。
3)由于地层中存在强透水砂层，旋喷桩成桩质
量可能会受到影响，抽芯检测若高压旋喷桩出现泥
浆流失、桩位偏移问题则应加强施工措施，确保止
水帷幕的封闭性。
4)密切关注靠近地铁侧地下水位变化，当地下
水位下降超过3m时，建议停止坑内降水，同时采取
回灌措施来恢复地下水位。
5)地铁结构沉降和水平位移实时监测，以求达
到预警值时可以及时采取措施处理。监测点布置
在邻近基坑地铁隧道侧对应范围内，间距为10m，取
若干典型沉降监测点得到的监测变化曲线如图7所
示，与图6比较可以看出：监测与数值分析得到的曲
线变化趋势吻合，监测最终值稍偏大但与数值模拟
分析结果相近，且并未超出规范要求值。
g
E
趔
聪
绸
0 20 40 60 80 100 120
观测时问，d
——I)丁CJl一DTCJ2一DTCJ3
图7地铁结构沉降监测曲线
Fig．7 Settlement monitoring curve of subway structure
5 结语
1)通过数值分析方法，对两种不同的支护形式
进行了对比，针对地铁侧的变形控制要求。选择了
合理的支护形式，结果表明，桩撑方案变形控制效
果明显优于桩锚，确保了地铁的正常运营和结构安
全，在邻近地铁且变形控制要求较高的基坑设计中
应优先考虑桩撑方案。
2)两种支护方式下基坑开挖对渗流的影响一
致，说明两种支护结构对水位的影响不大，主要取
决于止水帷幕。
3)由地铁隧道关键点水平位移和沉降随基坑
施工步变化曲线图可得：基坑开挖诱发邻近地铁隧
道产生的水平位移值大于沉降值，支撑、锚索施工
是曲线变化的拐点，影响着曲线变化趋势，支撑方
案下位移随开挖深度的增加而逐渐增大，支锚方案
后期随着开挖变深曲线变化趋势较陡，位移变化幅
度较大。
4)由于边界条件及现场施工的复杂性，数值模
拟无法完全模拟实际工况，但通过模拟结果提前进
(下转第40页)
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鳃∞鲍 拍孓z 叭竹" ∞孓i ∞∞∞
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水水竖 平平向 变变沉 形形降 m乞L 盯M¨ Z
大
最道
护铁结 桩隧构
支地
万方数据
施工技术第41卷
梅花形布设。超前锚管施工采取人工用风镐顶入，
打设角度10。～200。注浆采用1：(0．4～0．8)水泥
水玻璃双液浆，注浆终压控制在lMPa左右。
5)喷射混凝土施工喷射混凝土采用潮喷施
工工艺，要求喷射风压为0．3～0．5MPa，喷头距受喷
面的距离控制在1．0～1．5m。经试验确定C20喷射
混凝土配合比如表2所示。
表2混凝土配合比
Table 2 Concrete mix proportion
水泥细骨料粗骨料水外加剂
理论配合比1 2．16 1．84 0．43 0．05
施工用量／(kg·m。)430 934 796 215 25
墨垄旦量!(竖：竺：：2 11 111 11 11 1
6基坑实施效果评价
根据施工过程中对基坑的变形监测结果(见图
6)，基坑水平位移最大值在30mm以内，周边地面沉
降在35mm以内，支护结构沉降变形值在50mm以
内。基坑变形速率最大时段发生在基坑开挖过程
中，在基坑封底注浆完成后，其变形逐渐趋于稳定。
萋·
螓
日期／(月一日)
图6基坑变形曲线
Fig．6 Deformation curve of the foundation excavation
本工程在施工期间未因基坑变形影响周边管
线的正常使用及道路车辆的安全通畅，达到了设计
预期效果，取得了较好的经济效益和社会效益，整
体实施状况良好。
根据上述基坑变形图并结合施工过程分析，基
坑支护结构沉降变形较大的原因及预防措施如下。
1)型钢复合喷锚支护结构的施工是从上至下
逐榀连接形成，在安装下榀型钢钢架时，须将已形
成的墙体下土体掏空，随着基坑深度的增加，其支
护结构在自重作用『F会产生一定的向下沉降变形。
2)基坑深井降水会引起一定的地面沉降。
3)降低沉降变形措施：①增加锁口圈的宽度是
降低型钢复合喷锚支护结构沉降的最有效方法；②
根据土质及具体情况，合理确定每榀型钢钢架安装
分段长度，可以控制支护结构沉降变形；③土方开
挖后，及时施工支护结构及加设内支撑，尽量减少
其暴露时间；④基坑封底后，迅速对坑底土体进行
注浆加固。
7结语
通过本项目的顺利实施，可以证实型钢复合喷
锚支护结构用于复杂环境地质条件具有良好的效
果，可以得出以下结论。
1)型钢复合喷锚支护施工无需大型机械设备，
用于复杂环境条件、支护作业面狭小的基坑中，可
以取得良好的经济效益和社会效益。
2)通过有效控制型钢复合喷锚支护结构水平
位移，其支护墙可同时用作地下室外墙一部分(用
作地下外墙时，需做内衬)，可以降低工程总造价。
3)该支护结构用于基坑平面呈方形或条形的
工程中取得成功的实践经验，用于基坑平面不规
则、布设内支撑难度大或无法布设内支撑的基坑中
尚无实践经验，应用时需慎重考虑。
参考文献：
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(上接第26页)
行预测分析，可为支护形式选择提供科学的依据，
施工期间则应结合实际监测数据进行进一步对比
分析。通过比较分析，数值模拟分析的结果可以为
基坑支护的设计和施工提供指导。
参考文献：
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gm／咖进

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