軟土地區(qū)地鐵車站深基坑鄰近建筑物環(huán)境風險控制措施研究

劉林貴，張君，謝鑫波

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100032）

1 引言

在我國南方軟土地區(qū)城市核心區(qū)建造明（蓋）挖法地鐵車站，不可避免地會遇到車站深基坑鄰近周邊建筑物的環(huán)境風險，如何采取有效的風險控制措施，減少基坑開挖引起的周邊建筑物的變形，確保基坑工程施工期間周邊環(huán)境的安全，是軟土地區(qū)深基坑工程的關鍵點。針對軟土地區(qū)深基坑及鄰近建筑物的變形規(guī)律，鄭翔[1]等依托寧波地鐵4 號線雙東路車站基坑工程，對施工全過程導致的鄰近建筑物和地表沉降進行監(jiān)測分析，結果顯示基坑開挖引起的建筑物沉降呈現(xiàn)顯著的時空效應，采用鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)是減小鄰近建筑物變形速率的有效措施。鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)是一套智能基坑水平位移控制系統(tǒng)，具有低壓時軸力自動補償，高壓時軸力自動報警的功能，可以有效減小基坑開挖對周邊環(huán)境的影響[2-3]。王義盛[4]以上海某地鐵車站為例，分析了軟土地區(qū)超深基坑工程的特點及難點，提出了軟土地區(qū)地鐵車站超深基坑變形控制技術。許瑞[5]以上海某基坑工程為例，分析了工程特點并據(jù)此選擇基坑圍護方案，詳細介紹了軟土地區(qū)基坑工程設計選型與施工管控的相關措施。

2 工程概況

2.1 地鐵車站基坑概況

該車站總長182 m，標準段寬23.7 m，為地下3 層雙柱3 跨箱形框架結構，頂板覆土約3 m，底板埋深約25.43 m，車站兩端盾構井處結構寬28.3 m，底板埋深約27.23 m。車站采用半幅蓋挖順筑法施工，車站基坑圍護結構采用1.2 m 厚地下連續(xù)墻，豎向設置7 道內(nèi)支撐。

2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

擬建場區(qū)為湖沼積平原地貌，地貌形態(tài)單一，自然地面較平坦。地層從上到下依次為①1碎石填土、①2素填土、④1淤泥質(zhì)黏土、④2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤2粉質(zhì)黏土夾粉土、⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑦1粉質(zhì)黏土、?粉質(zhì)黏土、?2a強風化安山玢巖、?3a-1中風化上段安山玢巖、?3a-2中風化下段安山玢巖，各地層物理力學參數(shù)見表1。車站底板位于⑦1粉質(zhì)黏土層，車站基坑開挖范圍內(nèi)土層主要為④~⑥層淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層（即軟土地層）。④~⑥層軟土地層為流塑狀態(tài)，含有機質(zhì)、腐殖質(zhì)，為高壓縮性、高靈敏度土，施工開挖易擾動。

表1 地層物理力學參數(shù)表

擬建場區(qū)地下水類型主要是第四系松散土層孔隙潛水及基巖裂隙水，孔隙潛水主要賦存于表層填土和淤泥質(zhì)土層中，地下水位埋深一般為0.9~1.7 m；基巖裂隙水主要分布于基巖內(nèi)，補給來源主要為上部第四系松散土層孔隙潛水，徑流方式為通過巖體內(nèi)裂隙的滲流，水量小，徑流緩慢。

2.3 基坑周邊建筑物情況

車站周邊建筑物密集，建筑物用途為住宅樓、辦公樓、商業(yè)酒店。車站周邊建筑物與車站基坑平面位置圖見圖1，建筑物結構及基礎信息、與車站基坑的距離見表2。

圖1 周邊建筑物與車站基坑平面位置圖

表2 車站周邊建筑物信息表

3 建筑物環(huán)境風險分析及變形控制值

GB 50652—2011 《城市軌道交通地下工程建設風險管理規(guī)范》根據(jù)環(huán)境設施的重要性及基坑與環(huán)境設施的鄰近關系，確定環(huán)境風險等級。根據(jù)該規(guī)范本工程中4#建筑物為重要設施，其余建筑物為一般設施；1#~6#建筑物均位于車站主體基坑0.7 倍開挖深度范圍內(nèi)，屬非常接近。根據(jù)規(guī)范初步判斷4#建筑物為Ⅰ級環(huán)境風險，其余建筑物為Ⅱ級環(huán)境風險。從建筑物結構及基礎形式角度分析，4#建筑物為框剪結構，嵌巖樁基礎，抵抗變形的能力最好，5#建筑物次之；1#、6#建筑物雖然為樁基礎，但樁徑小，樁長短，樁基為摩擦樁，抵抗變形的能力差；2#、5#建筑物為淺基礎，抵抗變形的能力最差。從時空效應角度分析，5#、6#建筑物鄰近基坑角部或端部，空間效應明顯；其余建筑物與車站基坑長邊方向平行鄰近，接近平面應變狀態(tài)。因此，基坑開挖引起的5#、6#建筑物處的土體變形，應明顯小于其余建筑物處的土體變形。經(jīng)綜合分析，并結合工程類比，本工1#、2#程建筑物的環(huán)境風險等級調(diào)整為Ⅰ級，4#建筑物的環(huán)境風險等級調(diào)整為Ⅱ級，其余建筑物環(huán)境風險等級不變。建筑物變形控制值應建筑物自身情況及其與基坑的位置關系，結合當?shù)毓こ探?jīng)驗確定。建筑物的變形控制值應符合現(xiàn)行相關規(guī)范的規(guī)定。本工程建筑物沉降控制值為20 mm，沉降速率控制值為3 mm/d，傾斜控制值為1.5‰。

4 建筑物環(huán)境風險控制措施及建筑物變形實測數(shù)據(jù)分析

為確保車站基坑施工期間周邊建筑物的安全，采取如下環(huán)境風險控制措施。

4.1 加強基坑圍護結構剛度，減少基坑側(cè)壁變形

本基坑圍護結構采用1.2 m 厚地下連續(xù)墻，豎向設置7 道內(nèi)支撐，其中第一、五道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。第一道混凝土支撐截面尺寸為1 000 mm×1 200 mm，第五道混凝土支撐截面尺寸為1 000 mm×1000mm，鋼支撐外徑800 mm，壁厚16 mm。本基坑全部鋼支撐均采用伺服系統(tǒng)，同時適當增大鋼支撐預加軸力，嚴格控制基坑側(cè)壁變形。同時，為了減少基坑的長邊效應，更好地控制1#、2#建筑物的變形，在基坑鄰近1#、2#建筑物位置處設置兩道中隔壁地連墻（見圖1），將182 m長的基坑分3 個倉開挖，待各分倉內(nèi)的主體結構施作完成后再鑿除中隔壁地連墻。通過以上基坑圍護結構加強措施，最大限度地降低基坑開挖階段的圍護結構變形，從而減少了基坑開挖對周邊建筑物的影響。

4.2 加強基坑工程地下水控制措施

本基坑地連墻底嵌入中風化安山玢巖1 m，地連墻采用工字鋼接頭，形成落底式止水帷幕，在基坑內(nèi)設置疏干降水井，將降水范圍控制在地連墻內(nèi)，同時在基坑開挖過程中及時封堵側(cè)壁滲水點，減少因地下水降水或滲漏而引起的建筑沉降。

4.3 采取槽壁加固措施

為減少地連墻施工期間引起的建筑物變形，對建筑物1、2位置處的地連墻進行槽壁加固 （見圖1），槽壁加固采用直徑850 mm，間距600 mm 的雙軸攪拌樁，加固深度為地面下14 m。

4.4 基坑開挖過程控制

基坑開挖遵循時空效應，先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖。根據(jù)工程特點，合理確定施工分段長度和放坡坡度。及時架設內(nèi)支撐和施加預應力，嚴格控制軸力，快速封閉基坑底板，減小圍護結構變形，確保周邊環(huán)境穩(wěn)定。

4.5 加強監(jiān)控量測

重點關注周邊建筑物的變形監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果調(diào)整施工參數(shù)，做到信息化施工。建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)預（報）警時，及時召開專題會，確定建筑物安全后方可進行下一步工序施工。

本工程實測建筑物變形數(shù)據(jù)見表3。

表3 建筑物變形實測數(shù)據(jù)表

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，除1#、2#建筑物累計沉降值超過控制值外，其余建筑物的累計沉降均未超過控制值；建筑物的累計傾斜均未超過控制值；3#~5#建筑物的沉降值明顯小于1#、2#建筑物，這表明前文對基坑周邊建筑物的風險分析是合理的。雖然1#、2#建筑物累計沉降超過控制值，但建筑物傾斜較小，沉降較為均勻，經(jīng)檢測機構檢測，不影響建筑物正常使用。

5 結語

本文以某軟土地區(qū)地鐵車站深基坑工程為例，對基坑周邊鄰近的不同結構及基礎形式的建筑物進行了環(huán)境風險分析，確定了不同建筑物的環(huán)境風險等級，并采取了針對性的環(huán)境風險控制措施。通過對工程實測建筑物變形數(shù)據(jù)的分析表明，本文對基坑周邊建筑物環(huán)境風險的分析及所采取的風險控制措施是合理可靠的，可以為類似工程提供參考。