天津某地鐵車站地連墻施工對周邊建筑物影響分析

趙 歆 劉彥坡 趙俊妍 郭 旺,2

(1.天津市市政工程設計研究院，天津 300392; 2.同濟大學土木工程學院，上海 200092)

隨著地鐵建設中在建地鐵附近距離較近的建筑物風險源越來越多，地鐵基坑開挖對鄰近建構筑物的影響也愈發受到重視。但是從現行研究角度來講以分析基坑開挖階段對鄰近建筑物影響較多，對地鐵基坑圍護結構施工成槽階段對建構筑物影響分析較少。根據天津近幾年的地鐵基坑施工經驗，地連墻成槽過程中，周邊地表沉降最大值接近10 mm，由此可見地連墻成槽施工對周邊影響不可忽視。劉鳳洲等[1]針對天津地鐵某車站深基坑三軸高壓旋噴樁與地下連續墻圍護結構施工對鄰近歷史保護建筑影響的沉降監測工作，對現場監測數據中地連墻成槽和基坑開挖對建筑物沉降影響的結果進行對比分析，分析發現地下連續墻圍護結構成槽澆筑施工占到基坑施工期間全部沉降量的39%～65%。丁勇春等[2]通過對地下連續墻成槽開挖及混凝土澆筑施工的現場監測數據分析,分別討論了槽段分段開挖、泥漿持荷時間、泥漿壓力及混凝土澆筑對槽段周圍土體側移和地表沉降的影響，其結果表明:地下連續墻開挖會引起周圍地層土體側移(向連續墻內側)和地表沉降。本文采用有限元方法對某在建地鐵車站基坑地連墻成槽施工對鄰近建筑物影響進行分析，并與建筑物和地連墻之間施作隔離樁的模擬結果進行對比，并分析不同位置處隔離樁對建筑物的影響，分析建筑物沉降形式，判斷建筑物的安全性。

1 地連墻成槽施工數值模擬

天津某車站大里程盾構井處基坑開挖深度19.218 m，地連墻長度41.5 m，地連墻為800 mm厚度、C35 P8水下混凝土，采用5道撐+2道換撐的方式，盾構井基坑東北側有6層磚混住宅小區，基礎埋深1.6 m，采用淺基礎，最近處距大里程盾構井基坑約17.7 m。采用二維有限元軟件PLAXIS進行模擬，有限元邊界為固定邊界，有限元寬度深度大于3倍開挖深度。為了考慮軟土剪切硬化、壓縮硬化、加卸載、小應變等方面力學因素，采用HSS土體本構模型。各土層參數見表1。模擬步驟采用地應力平衡→建筑物生成→成槽開挖與泥漿護壁→混凝土灌注→混凝土硬化。

其中泥漿護壁采用槽壁施加分布荷載的方式施加，泥漿壓力分布規律為：

Fmud=γsz。

其中，γs為泥漿重度，取12 kN/m3；z為槽壁深度。

混凝土灌注采用修改槽段開挖區域單元表面線荷載的方式模擬流態混凝土壓力并進行計算，混凝土壓力滿足雙線分布規律：

其中，σh為混凝土澆筑壓力；z為成槽深度；hcrit為臨界深度，一般取槽深的20%～30%(hcrit=10 m)；γc為流態混凝土重度(γc=24 kN/m3)；γs為泥漿重度(γs=12 kN/m3)。混凝土硬化采用將槽內土體賦予C35混凝土材料參數。

2 地連墻成槽施工數值結果

表1 土體物理力學參數指標

地連墻開挖成槽和泥漿護壁工況下豎向位移見圖1。

該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為14.82 mm(見圖2)。建筑物基底沉降最大值15.89 mm(見圖3)、建筑物差異沉降值最大為4 mm。

根據計算結果，二級基坑地表最大沉降量控制值為38.4 mm，而地連墻成槽所造成的地表沉降已達到控制值的39%，該數據較大，因此需對成槽對地表沉降的影響進行控制。本站由于建筑物距離車站1倍基坑范圍內，因此采用在建筑物和地連墻之間施作隔離樁的方法進行控制。

3 建筑物外側施加隔離樁后地連墻成槽施工數值模擬及結果

隔離樁采用φ850@600的水泥土攪拌樁，施作位置位于建筑物外側1 m處，樁長25 m，采用彈性板單元進行模擬，泊松比為0.2，彈性模量300 MPa。地連墻開挖成槽和泥漿護壁工況下豎向位移見圖4。

該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為12.6 mm(見圖5)。建筑物基底沉降最大值9.7 mm(見圖6)、建筑物差異沉降值最大為1 mm。建筑物沉降由未設置隔離樁的馬鞍形變為斜線型。說明采用隔離樁對建筑物的沉降和差異沉降控制較好。由于坑外地表沉降受到建筑物自重影響較大，因此隔離樁對地表沉降的控制無顯著效果。

4 隔離樁位于地連墻側時成槽施工數值模擬及結果對比

將隔離樁移動至距離地連墻側1 m處(靠近地連墻位置處)，其他條件不變。該工況下基坑范圍外地表沉降最大值為14.75 mm。建筑物基底沉降最大值12.41 mm(見圖7)、建筑物差異沉降值最大為1.3 mm。建筑物沉降為斜線型。說明采用在不同位置處的隔離樁對建筑物的沉降和差異沉降控制均較好，采用隔離樁對于建筑物安全性較為有利，可以較好的保證建筑物的安全性。

5 結語

1)在軟土地區中，地連墻成槽開挖對坑外地表沉降和周邊建筑物的變形會產生不可忽視的影響，當建筑物距離基坑較近時，應采取措施對其建筑物沉降加以控制。2)施作隔離樁可有效減小周邊建筑物的整體沉降和不均勻沉降，且沉降槽形狀由未加隔離樁的馬鞍形變成斜線型。但施作隔離樁對坑外地表沉降控制較差。3)隔離樁靠近建筑物比靠近地連墻時對建筑物的整體沉降和不均勻沉降的控制更好。根據計算結果，施工時將隔離樁按靠近建筑物施作考慮。