0 引言

　　地下工程施工对周围岩土体及周边环境的影响程度因其相对位置而不同，邻近基坑、隧道等地下工程的地段影响程度大，由近到远影响程度越来越小，通常将施工扰动的影响范围称之为工程影响区，并按影响程度由大到小依次划分为主要影响区、次要影响区和可能影响区。工程影响分区的主要目的是区分工程施工对周围岩土体、周边环境的影响程度，揭示不同施工工法的风险特征和影响特点，全面、准确辨识工程风险，以便制定科学、合理的设计、施工及监测方案，保证工程施工安全和周边环境安全，因此，对工程影响分区的研究就显得尤为重要。目前岩土工程界对工程影响分区的研究相对较少，本文在收集分析目前国内工程影响区划分方法及分区标准的基础上，采用包括理论分析、数值模拟计算和监测数据统计分析的综合研究方法，对基坑工程和暗挖工程施工对周边环境所产生的影响范围和影响程度进行了分析研究，并提出了较为科学合理的工程影响区划分方法及标准。

　　1 工程影响分区研究现状

　　魏刚等^[1]基于位移准则，采用暗挖隧道统一土体移动模型，解得隧道施工引起周边土体的竖向位移、水平位移、总位移等值线，再根据相关规范将盾构隧道施工条件下周围土体划分为4个影响区:强影响区、中影响区、弱影响区、无影响区，如图1,2所示。划分原则为强烈影响区位移≥20mm，中影响区10mm≤位移<20mm，弱影响区5mm≤位移<10mm，无影响区位移<5mm。依据土体位移量进行划分的方法，实际工作中只能工程完工后进行划分，同时也未考虑地层特性和工程自身特点。

　　图1 根据竖向位移等值线图划分 

　　图2 根据总位移等值线图划分  

　　CJJ/T 202—2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》^[2]将明挖、暗挖工程影响区划分为强烈影响区(A)、显著影响区(B)和一般影响区(C)，如图3,4所示。该规范划分标准主要依据基坑开挖深度和隧道埋深，没有区分地层特点，划分的影响范围也不尽合理。

　　图3 明挖基坑外部作业影响分区  

　　GB 50911—2013《城市轨道交通工程监测技术规范》^[3]将明挖、暗挖工程影响区分为主要影响区(I)、次要影响区(II)和可能影响区(III)，如图5,6所示。该划分方法依据地层条件和基坑开挖深度或隧道埋深，但工程施工的下部影响区域没有考虑。

　　图4 暗挖隧道外部作业影响分区  

　　图5 基坑工程影响分区  

　　图6 暗挖工程影响分区 

　　2 数值计算分析

　　2.1 基坑工程

　　2.1.1 数值计算模型

　　本次数值模拟以某交通枢纽基坑工程为例，分析研究基坑开挖过程中周围岩土体的位移影响范围及影响程度。计算初步拟定横向宽度取4H(H为基坑开挖深度14.4m)，纵向长度取3H。土的类别为填土、粉土、粉质黏土，围护结构形式为地下连续墙，施工方法为分部分台阶开挖。在计算中，用8节点6面体实体单元模拟土体与围护结构。计算模型采用Mohr-Coulomb屈服准则。基坑模型共划分为102 900个单元，111 333个节点。在顺基坑开挖方向分别设置2个监测断面，距基坑边缘分别为5m和15m。

　　2.1.2 基坑周边土体应力分布规律

　　由基坑开挖完成后周围土体应力分布云图可以看出，土体最大剪应力发生在基坑边缘的下部，依据莫尔-库仑强度理论，土体中的剪应力大于土体抗剪强度时，土体会发生剪切破坏，沿着滑移面发生移动破坏，破坏区域不仅包括基坑侧壁，也包括部分基底。在模拟过程中随基坑开挖深度的增加，连续墙位移增大，墙底剪应力产生的区域逐渐扩大，延伸至基底标高线以下10m范围。

　　2.1.3 位移分析

　　由基坑开挖完成后土体竖向位移云图可以看出，基坑周边土体发生沉降，沉降最大值为11.2mm，距基坑边缘2.5m，随着与最大沉降点距离的增加，竖向位移量逐渐减小，影响范围距基坑侧壁的距离约为1倍的基坑开挖深度。同时，基坑底部发生隆起，最大隆起量为25.4mm，基底以下0.7倍基坑开挖深度范围内隆起较为明显，随着深度的增加向上位移量越来越小。

　　2.2 暗挖工程

　　2.2.1 数值计算模型

　　以某新建电力隧道下穿地铁区间线路工程为例，有限元模型范围42m×30m，隧道埋深7.19m，底板埋深10m，隧道衬砌厚度25cm,C30混凝土，总高3.33m，总宽度3.03m。地层分为粉土填土、粉土、黏土、粉质黏土、粉质黏土。边界条件为法向约束，顶部自由。模型网格尺寸为0.5m，土体单元类型CPE4R。

　　2.2.2 位移分析

　　土体竖向位移分布左右对称，隧道衬砌顶部土体发生沉降，最大沉降量6.89cm，位于拱顶部位，由隧道结构顶部至地面沉降量逐渐变小。隧道衬砌底部土体发生隆起，最大隆起量4.69cm，在隧道底板以下0.7倍隧道底板埋深范围内隆起较为明显。衬砌周边竖向位移量较大，随着与隧道衬砌距离的增加，竖向位移量逐渐减小，影响范围在隧道边线两侧为0.7～1.0倍隧道底板埋深范围内。

　　土体总位移分布规律与竖向位移分布规律类似，左右基本对称。土体最大位移量为6.89cm，衬砌周边总位移量较大，随着与隧道衬砌距离的增加，总位移量逐渐减小。

　　3 监测数据统计分析

　　3.1 基坑工程监测数据统计分析

　　本文选择了17个与地铁结构相对位置关系不同的基坑工程案例，通过分析基坑开挖后实测的地铁结构竖向位移量来研究周围土体的影响范围及程度。将实测的竖向位移监测数据(W)和监测点距基坑侧壁的距离与基坑深度之比(L/H)及监测点埋深与基坑深度之比(h/H)列入表1，由竖向位移监测数据和监测点与基坑的相对位置关系绘制了工程影响区域分布图，如图7所示。图中每个数据点代表1个典型工程，实测竖向位移量为0.3～7.7mm。图中A,B,C区分别表示以横向距基坑边线0.7,1.0倍基坑深度以及竖向距基底以下0.7,1.0倍基坑深度为分界点的3个区域。由实际监测数值可以看出A区范围内的位移量相对较大，B区内的位移量相对较小，C区范围内的位移量最小。

　　图7 基坑工程影响区域分布 

　　3.2 隧道工程监测数据统计分析

　　本文选择了8个与地铁结构相对位置关系不同的暗挖工程案例，通过分析暗挖工程施工完成后的监测数据与暗挖工程的相对位置关系来研究隧道工程对周围岩土体的影响范围及程度。将L/H与h/H列入表2。

　　表2 隧道工程周围土体竖向位移监测成果 

　　由竖向位移监测数据和监测点与隧道的相对位置关系绘制了工程影响区域分布图，如图8所示，图中每个数据点代表1个典型工程，实测竖向位移量为0.8～1.2mm。图中A,B,C区分别表示监测点以横向距隧道中心为0.7倍、1.0倍隧道埋深以及竖向距离隧道基底以下0.7,1.0倍隧道埋深为分界点的3个区域。由实际监测数值可以看出A区范围内的位移量相对较大，B区内的位移量相对较小，C区范围内的位移量最小。且实测的位移分布规律与数值模拟研究结论是相互一致的。

　　4 结语

　　1)通过收集资料分析以及本文所做的理论研究、数值模拟计算、实测监测数据统计分析表明，依据工程施工对周围岩土体产生的不同影响程度，将工程影响区分为主要影响区、次要影响区和一般影响区是比较合理的。

　　表1 基坑工程周围土体竖向位移监测成果  

　　图8 隧道工程影响区域分布 

　　2)通过数值计算和实际监测数据分析表明，明挖工程横向以距基坑边线0.7,1.0倍基坑深度以及竖向距基底以下0.7,1.0倍基坑深度为分界点进行3个影响区域划分较为合理。暗挖工程以横向距隧道中心0.7,1.0倍隧道埋深以及竖向距离隧道基底以下0.7,1.0倍隧道埋深为分界点进行3个影响区域划分较为合理的。

　　3)工程影响区域大小与工程地质条件和环境条件密切相关，工程地质条件和环境条件较为复杂时，为保证工程施工过程中的工程安全和环境安全应适当扩大各影响区域的范围。

　　4)主要影响区内的岩土体移动变形较大，当周边环境对象处在该区域时可能会造成有害影响，因此，在设计、施工阶段应制定相应安全措施，同时，这也是监测工作的重点区域。