地鐵車站深基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

郝敬力

（中鐵上海設計院集團有限公司徐州設計院，江蘇 徐州 221000）

隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，地鐵工程的建設必然會越來越多地涉及復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)境復雜，地鐵深基坑開挖勢必會對這些周邊環(huán)境產生較大影響，嚴重的會導致建筑物傾斜、開裂，甚至破壞，最終無法正常使用。因此，在地鐵深基坑設計中應考慮對周邊建筑物的影響，采用相應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寬島式站臺車站，車站采用明挖順筑法施工，主體結構采用單柱雙跨鋼筋混凝土箱型框架結構。車站外包結構總長為191.6 m，標準段寬度為19.7 m，中心線位置開挖深度為16.6 m，覆土厚度為3 m。車站圍護結構采用Φ1 000@1 300鉆孔灌注樁+內支撐的支護體系。

地鐵深基坑標準段從冠梁頂?shù)交拥坠苍O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，車站基坑變形保護等級為一級。基坑的南側有一棟建筑物，根據(jù)建筑物調查資料顯示，該建筑物主樓為6層，局部為7層混凝土結構，底層為框架結構，二層以上為混合結構，有半地下室，基礎形式為條形基礎，建筑物距離車站基坑的最小距離為7.8 m。

2 場地工程地質和水文地質

2.1 工程地質條件

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

2.2 水文地質條件

本場地地下水較少，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給影響；裂隙巖溶水水位埋深約為9.33～11.88 m，抽水試驗表明，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結構變形和地層擾動不會對周邊環(huán)境造成危害[2-3]。

3.1 地鐵基坑變形控制標準

根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ 120—99），本地鐵基坑結構安全等級為一級，重要性系數(shù)為1.1。基坑變形保護等級為一級，地面最大沉降量≤0.15%H，圍護墻的最大水平位移≤0.18%H（H為基坑開挖深度），且≤30 mm。

3.2 建筑物變形控制標準

根據(jù)《建筑地基基礎設計規(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生松動變形，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致銅山農資總公司基礎不均勻沉降控制在如下標準以內：

（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準，需采取相應的保護為措施。

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

（2）基坑開挖嚴格按照先撐后挖、分段、分層、對稱平衡限時的原則進行土方開挖，滿足基坑開挖的“時空效應”原理；

（3）地鐵基坑開挖過程中，加強對支護體系以及建筑物的變形監(jiān)測；若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測值超限，立即對建筑物進行跟蹤注漿加固處理。

4 數(shù)值模擬計算

4.1 計算模型

根據(jù)地鐵車站的實際工程資料，綜合考慮現(xiàn)場實際地質條件，采用有限元分析軟件Midas-GTS對本工程進行數(shù)值模擬分析，計算模型選取如下：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，基坑的四個側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，有限元計算模型如圖1所示。

圖1 有限元數(shù)值計算模型

4.2 有限元分析

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

4.3 計算結果分析

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

表1 基坑開挖引起的建筑物變形結果

通過建立三維模型模擬地鐵基坑開挖對建筑的變形進行計算分析，從各開挖工況的計算結果可以看出，基坑開挖至基底時，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，確保結構安全。

5 結語

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鄰近建筑物的影響，得出以下結論：

（1）地鐵基坑設計中應嚴格控制基坑本身的變形[2-3]，加強主體圍護結構和支撐的整體剛度能有效地控制地面沉降，同時較小基坑開挖對鄰近建筑物的影響。

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

（3）基坑開挖過程中，加強對支護體系以及建筑物的變形監(jiān)測，加強監(jiān)測頻率；若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測值超限，立即對建筑物進行跟蹤注漿處理。