地鐵基坑開挖對(duì)臨近建筑物的風(fēng)險(xiǎn)影響分析

韓陽(yáng)

摘要：當(dāng)今時(shí)代，地鐵的出現(xiàn)大大方便了人們的出行，節(jié)約了出行時(shí)間。地鐵線路走向中，人口分布是一個(gè)重要因素，地鐵建設(shè)通過人口集中、房屋密集的城區(qū)是必然的，而城區(qū)的城市發(fā)展及配套成熟，土地價(jià)值較高，房屋價(jià)格往往也是一個(gè)城市的高點(diǎn)，因此相應(yīng)的拆遷成本也很高，為了減小不必要的拆遷控制地鐵建設(shè)的造價(jià)，對(duì)于在臨近既有建筑物周邊進(jìn)行基坑施工是必須面對(duì)和克服的一個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：地鐵基坑開挖;臨近建筑物;風(fēng)險(xiǎn)影響

引言

城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，地鐵成了各大城市解決交通困難的重要途徑。在城市的中心繁華地段進(jìn)行地鐵車站深基坑工程施工，由于周圍施工環(huán)境復(fù)雜，場(chǎng)地狹小，周邊高層建筑物較多并且密集，距離基坑很近，因此不僅需要考慮基坑本身的安全問題還應(yīng)該加強(qiáng)地鐵基坑施工過程中對(duì)臨近建筑物的影響性分析研究。以確保建筑物的安全，避免造成安全事故。

1工程概況

某地鐵工程整個(gè)基坑開挖最大深度約為14.8m，開挖面積約310m2。出入口距臨近8層建筑物2.2m，該建筑物基礎(chǔ)形式為靜壓方樁，樁長(zhǎng)12m。基坑開挖范圍內(nèi)的巖土層主要為（1-1）雜填土、（3-2）黏土、（3-3）淤泥質(zhì)黏土、（3-4）粉質(zhì)黏土夾粉土、（3-5）粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂互層，基坑底部的巖土層主要為（4-1b）粉砂夾粉土、粉質(zhì)黏土、（4-1）粉細(xì)砂。擬建場(chǎng)地地下水主要類型有上層滯水、孔隙承壓水及基巖裂隙水。孔隙承壓水主要賦存于（4）單元砂性土中，含水層厚度一般為20～40m，含水層滲透性一般隨深度遞增，主要接受側(cè)向地下水的補(bǔ)給及向側(cè)向排泄，與水力聯(lián)系密切，呈互補(bǔ)關(guān)系，地下水位季節(jié)性變化規(guī)律明顯，水量較為豐富。勘察期間承壓水頭位于地表以下3m。

2基坑風(fēng)險(xiǎn)控制措施設(shè)計(jì)

按照《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》（GB50652-2011），8層建筑物為一般設(shè)施，明挖法基坑距建筑物的距離2.2m<0.7H（H位基坑開挖深度），臨近關(guān)系為非常接近，初步判定該環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬于重大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源，需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)影響分析，并采取針對(duì)性措施確保安全。按照國(guó)家建筑基坑支護(hù)的有關(guān)技術(shù)規(guī)范和規(guī)定，本基坑支護(hù)工程重要性等級(jí)為一級(jí)，針對(duì)周邊建構(gòu)筑物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，本附屬基坑主要采取以下措施：

（1）加強(qiáng)支護(hù)剛度，控制基坑自身變形。本此所設(shè)計(jì)附屬基坑采用1000@1200鉆孔灌注樁加3道內(nèi)支撐作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可有效控制基坑本身變形，減小對(duì)臨近建筑物的影響。

（2）地基加固，對(duì)附屬基坑采用Φ850@600三軸水泥攪拌樁對(duì)坑底進(jìn)行滿堂加固，加固深度3m，水泥加固體可提高被動(dòng)區(qū)抗力，在一定程度上形成地下暗撐體系，控制圍護(hù)樁變形。

（3）控制降水，采用封降結(jié)合形式，坑內(nèi)采用三軸攪拌樁滿堂加固，加固深度為坑底以下3m，坑外設(shè)置三軸攪拌樁止水帷幕;施工時(shí)嚴(yán)格控制降水，做到按需降水，減小降水對(duì)臨近建筑物的影響。

（4）精細(xì)化施工。挖土控制、架撐及時(shí)、嚴(yán)禁超挖。挖土應(yīng)分層、對(duì)稱、均衡、限時(shí)，禁止超挖，基坑見底后應(yīng)及時(shí)澆筑墊層及底板，快速封閉坑底。

3數(shù)值模擬計(jì)算及分析

3.1有限元模型

采用PLAXIS有限元軟件建立一個(gè)寬度方向100m，高度方向50m的基坑開挖模型。根據(jù)地勘鉆孔將地層分為7層，建筑荷載按每層18kPa取值，共計(jì)144kPa。有限元計(jì)算模型如圖1所示。

3.2計(jì)算參數(shù)及施工階段模擬

每層土的參數(shù)均來(lái)自實(shí)際的勘察資料，見表1。有限元模擬施工過程如下：（1）初始應(yīng)力場(chǎng)分析，位移清零。（2）施工建筑物及其樁基礎(chǔ)。（3）施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。（4）開挖第1層土，架設(shè)第1道支撐。（5）開挖第2層土，架設(shè)第2道支撐。（6）開挖第3層土，架設(shè)第3道支撐。（7）開挖第4層土。

3.3模計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）建筑物及基礎(chǔ)變形控制的標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）高層建筑基礎(chǔ)的平均沉降量為200mm。（2）工業(yè)與民用建筑相鄰柱基（框架結(jié)構(gòu)）的沉降差允許值為0.002L（L為相鄰柱基的中心距離）。（3）工業(yè)與民用建筑多層和高層建筑物（24

綜上所述，對(duì)照計(jì)算結(jié)果與建筑物變形控制標(biāo)準(zhǔn)，附屬基坑開挖引起的建筑物及基礎(chǔ)沉降能滿足規(guī)范要求的變形允許值。

4根據(jù)保護(hù)等級(jí)劃分制定相應(yīng)措施

考慮車站施工對(duì)周邊建筑的累計(jì)影響，建筑物保護(hù)劃分為圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、基坑開挖、附屬施工3個(gè)階段。針對(duì)每個(gè)階段可能產(chǎn)生的不利影響，采取了相應(yīng)的技術(shù)措施，也充分考慮各階段前后關(guān)聯(lián)影響。

①車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用工字鋼接頭形式的地連墻。綜合前期實(shí)地調(diào)查和補(bǔ)勘，地連墻在可能存在越流補(bǔ)給的范圍進(jìn)行了局部加深，隔斷對(duì)基坑穩(wěn)定存在影響的承壓水層。考慮地連墻成槽階段因塌方或縮頸等因素對(duì)臨近建筑的影響，以及后期滲漏風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)建筑范圍地連墻采取三軸攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，加固深度至基坑底下1m。建筑側(cè)地連墻未考慮槽壁加固，但增設(shè)了墻縫止水旋噴樁。

②提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐剛度，減小基坑開挖變形。臨近建筑范圍的地連墻增厚為1.0m（其他范圍為0.8m地連墻）。同時(shí)該范圍采用2道混凝土支撐+2道鋼支撐。鑒于第2道混凝土支撐施工施工時(shí)間較長(zhǎng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)慢，在第2道混凝土支撐上部1m處設(shè)置1道臨時(shí)鋼支撐，控制過程變形。

③分坑開挖，減小基坑暴露時(shí)間。基坑設(shè)置2道中隔墻，施工中先開挖兩端基坑1#、2#基坑，結(jié)構(gòu)封頂并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再開挖中間3#基坑。

④附屬施工階段，附屬基坑距離建筑物距離更近，雖出入口基坑開挖較淺，但仍存在較大風(fēng)險(xiǎn)，因此在出入口臨近建筑物一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用0.6m厚地連墻。

⑤應(yīng)急儲(chǔ)備措施：建筑周邊預(yù)留袖閥管注漿措施，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，在必要時(shí)對(duì)房屋進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償注漿。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)高承壓水、軟弱土地區(qū)基坑采用加強(qiáng)支護(hù)剛度、地基加固、控制降水、精細(xì)化施工等措施可有效控制基坑及周邊建筑物變形，大大降低周邊建筑物風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，基坑實(shí)施時(shí)具備足夠的安全性和可靠性。通過各種工程措施處理后，由于客觀因素的多變以及巖土工程的特征，基坑殘留風(fēng)險(xiǎn)仍然存在，在施工過程中要加強(qiáng)監(jiān)控措施，做好風(fēng)險(xiǎn)管理，從而達(dá)到控制風(fēng)險(xiǎn)、減少損失的目的。

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（作者單位：天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司）