摘要：本文以深基坑開挖對其鄰近隧道的影響為研究內容，通過三維有限元分析，在定性的基礎上研究了不同情況下深基坑開挖對隧道的影響，為優(yōu)化設計和施工提供有益的參考。
　　關鍵詞：基坑開挖；數(shù)值模擬；地鐵隧道
　　1.引言
　　隨著經(jīng)濟高速發(fā)展，大城市內部可供開發(fā)用地越來越接近飽和，地鐵周邊區(qū)域的用地不可避免的逐漸被使用，故現(xiàn)階段越來越多的深基坑工程位于運行的地鐵隧道區(qū)間附近。由于近距離的深基坑開挖卸荷會導致隧道周邊的位移場和應力場發(fā)生變化，而地鐵隧道的變形控制要求又極其嚴格，因此，在大力發(fā)展城市地下空間建設和利用的今天，研究基坑開挖卸荷對地鐵隧道的影響，確保隧道在運行過程中的使用安全，具有相當?shù)木o迫性和適用性。由于施工方法的多樣性和工程的復雜性，目前還沒有提出較為精確的理論解析解，絕大多數(shù)工程（緊鄰地鐵隧道附近）在建設前基本上都采用數(shù)值模擬的方法來分析深基坑開挖過程中對地鐵隧道影響，并對其進行預測。本文運用三維有限元分析軟件FLAC3D從空間上分析討論不同工況情況下深基坑開挖對地鐵隧道變形及內力的影響，該分析方法和結果可為類似工程提供一定借鑒。
　　2.三維有限單元結構模型
　　為了模擬基坑開挖卸荷對地鐵隧道的影響，可以做出一些假設：（1）假設開挖巖土層為理想勻質單一巖土體；（2）忽略基坑邊地面超載對地鐵隧道的影響；（3）忽略其端部效應；（4）隧道位移與土體位移相容；（5）為減小計算量，將盾構隧道方向與基坑縱向近似為正交。
　　有限單元結構模型不可能選取無限大的空間，因此適當選取合理的計算區(qū)域和邊界條件尤為重要。由于基坑開挖的影響范圍主要取決于基坑開挖的平面尺寸、形狀、開挖深度及工程地質條件等因素。故本次數(shù)值模擬分析過程中，假定基坑開挖長約30m，寬約30m，最大開挖深度約8m。一般認為：基坑開挖影響范圍水平、豎向方向為2倍～3倍基坑開挖深度范圍，考慮到隧道存在前后左右的對稱性，本文所選的有限單元結構模型取長（X方向）90m，寬（Y方向）90m，深（Z方向）40m，坐標O點代表隧道最低點。隧道與開挖基坑的相對位置關系見圖1與圖2，隧道埋深約為 20m，隧道直徑為6m，位于開挖基坑的正下方。結構模型的邊界條件為：前后左右水平位移及豎向位移均為0，隧道及基坑等位移邊界為自由邊界，具體詳見圖1所示。
　　建模時，有限單元采用8節(jié)點實體單元。對于有限單元模型，有限單元劃分網(wǎng)絡越多越密，計算機運算速度越慢，故為了提高運行速度，單元劃分在保證相關精度的條件下盡量減少巖土體的單元網(wǎng)格剖分，整個模型的單元網(wǎng)格劃分如圖3所示。
　　3.巖土體參數(shù)及本構關系
　　在巖土工程數(shù)值模擬分析過程中，通常選用摩爾-庫倫準則（M-C）或德魯克普拉準則（D-P）作為巖土土體的計算屈服準則，故本文選用D-P準則進行數(shù)值模擬分析。該準則假定巖土體為理想彈塑性材料，在主應力空間的屈服面為光滑圓錐面，在π平面上為圓形，不存在尖頂處的奇異問題，其表達式為
　　本文的有限元模型主要由土體和隧道兩種材料。
　�。�1）土層參數(shù)的選取。以廣州地區(qū)某工程場地的軟土層為參數(shù)代表，取值如表1所示。
　�。�2）結構參數(shù)。隧道襯砌的材料參數(shù)按混凝土選取，其參數(shù)如表2所示。
　　4.三維數(shù)值模擬結果及分析
　　基坑開挖過程中分為3個工況，各工況順序如下：
　　工況一：基坑開挖至地表面下3m隧道的變形情況；
　　工況二：開挖至地表面下6m隧道的變形情況；
　　工況三：開挖至地表面下8m隧道的變形情況。
　　采用FLAC3D軟件對圖2所示的結構模型進行數(shù)值計算模擬，分析得到以下結果：①由圖3可知，基坑開挖3m后，由于基坑開挖卸荷，隧道上方土體隆起效應較（下轉104頁）（上接100頁）為明顯，大致趨勢按U型分布，隧道最大隆起位移值為10mm，隧道兩側位移稍微變化，其值在6mm左右。②由圖4可知，基坑開挖6m后，隧道隆起位移值達到20mm，隧道兩側位移變化量值為15mm，其中基坑開挖的最低處位移隆起達到30mm，其最大值在隧道的正上方。③由圖5可知，基坑開挖8m后，隧道最大隆起位移值為30mm，隧道兩側位移隆起量值在25mm左右，其中基坑開挖的最低處位移隆起達到40mm，其最大值在隧道的正上方。
　　由計算結果，可以得到隧道隆起位移與隧道基坑開挖深度的變化趨勢圖，如圖6和圖7所示：
　　由圖6和圖7可知，隨著基坑開挖的深度的不斷變大，隧道隆起效應越突出，其中在地鐵隧道頂部位移變化比兩側變化明顯，主要原因是土體開挖卸荷，改變了原有的應力情況。
　　5.結論
　　本文運用FLAC3D有限元軟件，通過選取廣州地區(qū)某工程場地的巖土計算參數(shù)，研究了不同工況下基坑開挖卸荷過程對隧道變形的影響，通過數(shù)值模擬分析可得到如下結論：

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