市政基坑開挖對周邊建（構）筑物影響研究

張家瑋

摘 要：地鐵基坑工程規模大、基坑深、地面及地下環境復雜，其建設過程中對周邊環境的影響不容忽視。以具體市政樞紐基坑工程鄰近某高層建筑為例，通過針對性數值模擬分析預測，研究了基坑工程施工對周邊高層建筑物的安全性影響，并制定相應的施工措施，給出施工建議，有效防止工程事故，保證工程的質量安全，相關研究成果可供類似工程參考借鑒。

關鍵詞：地鐵；深基坑；開挖；地面沉降；環境影響

中圖分類號：TU433? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）04-0007-03

0 引言

隨著城市的快速發展以及城市人口的迅速聚集，城市軌道交通系統也日益成熟。復雜的城軌系統必然會交錯發展，從而在城市核心區形成一座座換乘樞紐。大型交通樞紐工程的施工必然伴隨著對周邊環境的影響，隨著樞紐基坑開挖及結構回筑等建筑工程的施工，大量開挖擾動、地層損失和固結沉降以及施工降水等因素引起的地層移動和變形會引起周邊建（構）筑物的沉降變形，嚴重時會導致建（構）筑物發生坍塌破壞。

目前國內外已有大量基坑工程鄰近建（構）施工[1-2]成功的案例，也有部分施工事故[3-4]案例。研究市政樞紐工程對周邊環境的影響已成為指導施工進程，評估施工風險的關鍵一環。

1 研究案例

1.1 工程概況

深圳市黃木崗交通樞紐坐落于筍崗西路、泥崗西路、華富路、華強北路五叉路口，為既有7號線、新建14號線以及規劃24號線三線的換乘樞紐。樞紐工程范圍涵蓋地鐵14、24號線黃木崗站（含預留24號線下穿7號線區間隧道），工程內容包括7號線改造、地下空間開發、慢行系統完善、交通接駁設施等。14號線沿華富路和泥崗西路地下敷設，為地下三層疊側車站，與既有7號線同臺換乘。規劃24號線沿筍崗西路地下敷設，為地下四層車站，與7、14號線形成節點換乘。

黃木崗交通樞紐工程根據基坑深度可大致分為3部分，分別為24號線部分（地下4層，深度38～40 m）、14號線部分（地下3層，深度28 m）、地下空間部分（地下1層，深度9～15 m），樞紐基坑深度及平面位置見圖如圖1所示，基坑各圍護工法平面圖如圖2所示。

場區地層主要為場地揭露到的地層主要有新近人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）、第四系殘積層（Qel）、燕山期（γ53（1））花崗巖。

1.2 主要風險源

既有建筑市政設計大廈位于筍崗西路西區商業區南側，主樓為14層剪力墻結構，1層地下室，基礎為樁基礎加抗浮墩，樁長22.5 m，頂標高地下5 m左右，抗浮墩長5 m。另有7層副樓及3層聯廊，副樓部分為獨立基礎，埋深4 m。副樓與3層聯廊之間設變形縫。總體為本工程二級風險源。

市政設計大廈距離一級基坑主體結構外墻的最小距離為12.9 m，距離圍護結構最小間距為11.8 m。市政設計大廈距離二級基坑主體結構外墻的最小距離為22.5 m，距離圍護結構的最小間距為21.2m。市政設計大廈距離D下沉廣場的主體結構外墻的最小距離為3.7 m，距離圍護結構最小距離為2.6m。其位置關系如圖3所示。

2 數值模擬

2.1 計算模型

依據土參數物理力學指標和基坑與風險源相對位置關系建立Midas-Gts三維有限元模型如圖所示。數值模型垂直方向為Z軸，水平方向為X、Y軸。X方向取502 m，Y方向取700 m，Z方向取70 m，計算采用四面體單元，共劃分節點92 712個，單元520 429個。有限元計算模型如圖4所示。

基坑范圍內土體主要為素填土、雜填土、填砂、砂土、礫質粘性土和粘土，其物理力學參數指標如表1所示。

2.2 計算結果分析

通過對Midas-Gts三維有限元模型進行增量法計算，可得到在基坑開挖及樞紐主體結構回筑的全施工過程中，市政設計大廈和基坑圍護結構的位移和變形計算結果如圖5至圖7所示。

由于變形縫的作用，7層建筑的沉降最大為6.4 mm，而14層建筑的沉降最大為1.9 mm。

對于24號線2層基坑方向的位移，均呈現底部小上部大的趨勢，7層建筑最大位移為3 mm。而14層建筑最大位移為3.3 mm。對于D下沉廣場方向的位移，14層建筑的位移最大值為1.8 mm，而7層建筑最大值為1 mm。

3 施工措施及建議

第一，為控制周邊建（構）筑物的水平位移和沉降變形在相應工程標準范圍，需預先將靠近建（構筑）物一側對土體進行注漿加固處理以提升土的強度及整體性。

第二，項目部成立房屋保護領導小組，現場準備房屋保護所需的一切應急材料和機具設備。

第三，工程開始后，應對可能影響的周邊建筑進行調查，記錄原始狀態，鑒定房屋安全穩定性，根據施工影響程度情況實施布點監測。

第四，必要時采取主動處理措施，針對不同施工階段對周邊建（構）筑物進行基礎加固。

第五，房屋出現沉降、傾斜、開裂等報警值后及時通知業主、房屋業主等單位或者個人。對存在嚴重安全隱患的房屋，必須及時撤出居民，并且妥善安置。

第六，針對不同周邊建筑物及房屋開裂事故，開展現場控制工作。應急人員應根據事故特點和事故引發的物質的不同，相應選取堆載法、設置回灌井法、掏土法。

4 應急預案

4.1 鋼支撐失穩預案

4.1.1 預防措施

鋼支撐失穩前有拱起側彎或下沉的先兆時，要在基坑開挖期間要加強對支撐的觀察。首先，要認真分析監測數據。其次，對支撐材料要嚴格把關，杜絕使用有缺陷的支撐材料。最后，要根據立柱樁的沉降情況，及時調整支撐，防止支撐因立柱樁的沉降或上抬而造成偏心，影響支撐受力。

4.1.2 搶險措施

基坑未坍塌時，要在失穩的鋼支撐旁加設鋼支撐，并施加預應力。同時對周圍支撐復查，查找是否有支撐松弛，如果發現有支撐松弛，應立即采取復加預應力加固措施。如果支撐松弛而發生支撐失穩，則應立即查找周邊超載、圍護結構背土是否流失、支撐材質等原因，防止失穩現象擴散。

基坑已坍塌時，要立即對基坑坍塌處回填土方，并清理基坑周邊的超載。如果圍護結構背土發生土體流失，要立即填充砂或混凝土。同時對周圍支撐復查，查找是否有支撐松弛，如果發現有支撐松弛，應立即復加預應力，防止失穩現象擴散。

4.2 基坑塌陷預案

基坑施工時，要實時動態分析監測臨時支撐和臨時立柱，嚴格按照預警值和報警值發出警示并采取相應保護措施。還要對蓋挖區域按照荷載要求嚴格控制地面車輛荷載。

現場施工中，施工人員必須嚴格按照相應的技術方案、交底進行施工，并嚴格遵守各項操作規程。

5 結語

近接工程的施工，不可避免會對周邊建（構）筑物造成不同程度的影響，不僅會妨礙周邊建（構）筑物使用功能，嚴重者甚至會導致重大事故。本文以具體市政樞紐基坑工程鄰近某高層建筑為例，通過針對性數值模擬分析預測，研究了基坑工程施工對周邊高層建筑物的安全性影響，并制定相應的施工措施，給出施工建議，以有效防止工程事故，保證工程的質量安全，相關研究成果可供類似工程參考借鑒。

參考文獻

[1] 唐傳政，彭曉秋，王越.武漢某市政通道基坑工程事故險情分析處理與經驗教訓[J].巖土工程學報，2012，34（S1）：735-738.

[2] 杜嬌.基坑工程事故致因因素及對策措施研究[D].西安：西安科技大學，2013.

[3] 胡巍.市政工程中深基坑開挖過程水平位移影響數值研究[J].智能建筑與智慧城市，2021（6）：89-91.

[4] 朱永梽.地鐵車輛段基坑開挖變形監測與數值模擬分析[D].淮南：安徽理工大學，2019.