地鐵車站深基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響分析

郝敬力

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司徐州設(shè)計(jì)院，江蘇 徐州 221000）

隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，地鐵工程的建設(shè)必然會(huì)越來越多地涉及復(fù)雜的深基坑工程問題[1]。這些深基坑通常緊鄰既有建筑物、道路、地下管線等，周邊環(huán)境復(fù)雜，地鐵深基坑開挖勢(shì)必會(huì)對(duì)這些周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致建筑物傾斜、開裂，甚至破壞，最終無法正常使用。因此，在地鐵深基坑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮對(duì)周邊建筑物的影響，采用相應(yīng)的措施確保建筑物安全。

1 工程概況

某地鐵車站為地下二層11 m寬島式站臺(tái)車站，車站采用明挖順筑法施工，主體結(jié)構(gòu)采用單柱雙跨鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。車站外包結(jié)構(gòu)總長為191.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為19.7 m，中心線位置開挖深度為16.6 m，覆土厚度為3 m。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1 000@1 300鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐的支護(hù)體系。

地鐵深基坑標(biāo)準(zhǔn)段從冠梁頂?shù)交拥坠苍O(shè)置3道支撐，第一道支撐為鋼筋混凝土支撐，支撐的水平間距為9 m，其余兩道支撐為鋼支撐，支撐間距為3 m，車站基坑變形保護(hù)等級(jí)為一級(jí)?；拥哪蟼?cè)有一棟建筑物，根據(jù)建筑物調(diào)查資料顯示，該建筑物主樓為6層，局部為7層混凝土結(jié)構(gòu)，底層為框架結(jié)構(gòu)，二層以上為混合結(jié)構(gòu)，有半地下室，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，建筑物距離車站基坑的最小距離為7.8 m。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘報(bào)告顯示，本場(chǎng)地為沖（坡）-洪積平原，地鐵基坑開挖范圍內(nèi)土層主要為①-1層雜填土，②3a-3層黏土、⑤3a-4層黏土，坑底位于（11）2-3a層中風(fēng)化泥灰?guī)r及（11）2a-1全風(fēng)化泥灰?guī)r。

2.2 水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地下水較少，主要為上層滯水和裂隙巖溶水；上層滯水位于填土層中，主要受大氣降水、居民生活用水排放及大氣降水補(bǔ)給影響；裂隙巖溶水水位埋深約為9.33～11.88 m，抽水試驗(yàn)表明，車站基坑巖溶裂隙水在巖溶裂隙中富水性差異較大，且具有承壓性。

3 地鐵基坑及建筑物變形控制

在地鐵基坑施工過程中，除保證基坑自身穩(wěn)定性和安全性外，還需保證基坑施工引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和地層擾動(dòng)不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成危害[2-3]。

3.1 地鐵基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—99），本地鐵基坑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)為1.1?；幼冃伪Ｗo(hù)等級(jí)為一級(jí)，地面最大沉降量≤0.15%H，圍護(hù)墻的最大水平位移≤0.18%H（H為基坑開挖深度），且≤30 mm。

3.2 建筑物變形控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）的條文說明，考慮到基坑開挖可能造成周邊土體產(chǎn)生松動(dòng)變形，從而造成地表沉降以及發(fā)生水平位移，建議車站基坑開挖導(dǎo)致銅山農(nóng)資總公司基礎(chǔ)不均勻沉降控制在如下標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)：

（1）沉降控制值以10 mm控制；

（2）傾斜率控制值以4/1 000控制。

3.3 建筑物變形控制措施

為了最大程度減小基坑開挖對(duì)該建筑物的影響，滿足車站地鐵基坑及建筑物的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，需采取相應(yīng)的保護(hù)為措施。

（1）在地鐵深基坑與建筑物之間設(shè)置隔離樁，基坑圍護(hù)樁加密設(shè)置，采用φ1000@1500鉆孔灌注樁；

（2）基坑開挖嚴(yán)格按照先撐后挖、分段、分層、對(duì)稱平衡限時(shí)的原則進(jìn)行土方開挖，滿足基坑開挖的“時(shí)空效應(yīng)”原理；

（3）地鐵基坑開挖過程中，加強(qiáng)對(duì)支護(hù)體系以及建筑物的變形監(jiān)測(cè)；若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)值超限，立即對(duì)建筑物進(jìn)行跟蹤注漿加固處理。

4 數(shù)值模擬計(jì)算

4.1 計(jì)算模型

根據(jù)地鐵車站的實(shí)際工程資料，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件，采用有限元分析軟件Midas-GTS對(duì)本工程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，計(jì)算模型選取如下：模型總尺寸：長50 m，寬40 m，高40 m，此邊界是根據(jù)基坑開挖影響范圍來確定的，基坑的四個(gè)側(cè)面為平面水平位移約束，底部為固定約束。上部土體采用莫爾-庫倫材料模型，圍護(hù)樁和隔離樁采用板單元、混凝土支撐和鋼支撐采用梁單元，有限元計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 有限元數(shù)值計(jì)算模型

4.2 有限元分析

文章結(jié)合根據(jù)基坑開挖的實(shí)際工況，模擬過程按照施工方案進(jìn)行工況分析步驟設(shè)計(jì)，模擬計(jì)算采用了六個(gè)步驟進(jìn)行，具體工況分析步驟如下：（1）初始地應(yīng)力狀態(tài)的確定；（2）圍護(hù)樁及隔離樁施工；（3）基坑開挖至1.5 m處，架設(shè)第一道支撐；（4）基坑開挖至7.0 m處，架設(shè)第二道支撐；（5）基坑開挖至12.0 m處，架設(shè)第三道支撐；（6）開挖至基底。

4.3 計(jì)算結(jié)果分析

文章通過建立地鐵基坑開挖三維模型對(duì)鄰近建筑物的變形進(jìn)行分析，基坑開挖引起的建筑物變形結(jié)果如表1所示。

表1 基坑開挖引起的建筑物變形結(jié)果

通過建立三維模型模擬地鐵基坑開挖對(duì)建筑的變形進(jìn)行計(jì)算分析，從各開挖工況的計(jì)算結(jié)果可以看出，基坑開挖至基底時(shí)，建筑物的沉降量最大為5.2 mm，滿足建筑物允許最大沉降值10 mm要求；計(jì)算建筑物的最大傾斜值為0.002 3，滿足建筑物允許最大傾斜值4‰的要求；因此，在施工過程中，在基坑與建筑物之間設(shè)置隔離樁，能夠有效控制建筑物的沉降及不均勻沉降，確保結(jié)構(gòu)安全。

5 結(jié)語

本文以某地鐵工程為案例，通過有限元模擬，分析了地鐵深基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響，得出以下結(jié)論：

（1）地鐵基坑設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格控制基坑本身的變形[2-3]，加強(qiáng)主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐的整體剛度能有效地控制地面沉降，同時(shí)較小基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響。

（2）在基坑和鄰近建筑物之間設(shè)置隔離樁的保護(hù)方案，可以降低基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響。

（3）基坑開挖過程中，加強(qiáng)對(duì)支護(hù)體系以及建筑物的變形監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率；若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)值超限，立即對(duì)建筑物進(jìn)行跟蹤注漿處理。