軟土地層地鐵車站基坑開挖對鄰近建構(gòu)筑物的影響分析

馬耀仁 于加云 惠弘煜 張海莉

【摘? ? 要】：為了有效解決軟土地區(qū)地鐵車站基坑施工引起周圍建（構(gòu)）筑物變形的問題，以實際工程為例，采用理正及Plaxis等計算軟件，分析軟土地區(qū)地鐵基坑開挖對鄰近重要建（構(gòu)）筑物影響規(guī)律，總結(jié)出軟土地層地鐵車站基坑設(shè)計及施工要點。

【關(guān)鍵詞】：地鐵車站； 軟土地層；基坑開挖

【中圖分類號】：U231.4【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2024）01-12-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.004

收稿日期：2023-02-27

作者簡介：馬耀仁（1988 - ）， 男， 碩士， 江蘇鹽城人， 高級工程師， 從事巖土工程設(shè)計工作。

Analysis of Excavation of Subway Station Foundation Pit in Soft Soil Area Affects Nearby Areas Buildings

MA Yaoren，YU Jiayun ，HUI Hongyu，ZHANG Haili

（ China Railway Liuyuan Group Co. Ltd.， Wuxi 214000， China ）

【Abstract】：In order to effectively solve the problem of deformation of surrounding buildings caused by the construction of subway station foundation pits in soft soil areas， this article takes actual engineering cases as example and uses calculation software such as Lizheng and Plaxis to analyze the impact of subway foundation pit excavation in soft soil layers on adjacent important buildings and structures and summarizes the design and construction points of subway station foundation pits in soft soil layers.

【Key words】：subway stations; soft soil stratum; excavation of foundation pits

目前對于地鐵車站基坑開挖對周邊建構(gòu)筑物影響的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟[1～4]，學(xué)者通過理論分析、模型試驗、現(xiàn)場監(jiān)測以及數(shù)值模擬等多種方法對基坑開挖對鄰近建（構(gòu)）筑物的影響進行了研究；但多基于一般土層，對于軟土地層條件下基坑開挖對周邊建構(gòu)筑物影響的研究還比較少。

無錫—江陰城際軌道交通工程地下段車站主要坐落于長江漫灘軟土地層，車站基坑施工極易引起周邊既有建構(gòu)筑物變形。本文基于中山公園站實例，采用理正深基坑軟件對車站主體基坑進行了平面計算并運用Plaxis有限元軟件對基坑開挖過程進行了數(shù)值模擬，得出了基坑施工對鄰近重要建構(gòu)筑物的影響規(guī)律，并對類似軟土地區(qū)地鐵基坑工程的設(shè)計和施工提出了合理建議。

1 工程概況

中山公園站為無錫—江陰城際軌道交通工程的第2座站，位于虹橋路與人民路交叉口，沿虹橋路敷設(shè)，為地下2層島式車站，車站外包總長210.6 m、有效站臺寬14 m、標準段寬度為22.7 m。車站西側(cè)為實驗小學(xué)、人民商場及中醫(yī)院，東側(cè)為中山公園，西南側(cè)為精品商廈，東南側(cè)為百樂城。見圖1。

車站沿線地勢整體上較平坦，場地區(qū)域地貌單元為長江三角洲太湖沖湖積平原，主要位于軟土地層，自上而下依次為①1雜填土、②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②2黏質(zhì)粉土、②3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②4粉質(zhì)黏土、③1黏土、⑥1粉質(zhì)黏土、⑥2黏土、⑥3粉質(zhì)黏土、⑥5黏土、⑦2砂質(zhì)粉土夾粉砂。車站底板主要位于⑥2層。地下水主要為潛水、微承壓水、承壓水，主要影響為⑦2粉土夾粉砂層承壓水層。見表1。

2 基坑施工對鄰近建構(gòu)筑物影響分析

車站標準段基坑深度約為16.4 m，端頭井基坑深度約為18.2 m，圍護結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐體系。標準段采用1道混凝土支撐+2道鋼支撐（直徑為800/609 mm，壁厚16 mm），端頭采用2道混凝土支撐+1道鋼支撐+1道鋼換撐（直徑均為609 mm，壁厚16 mm），車站標準段及端頭井段抗承壓水穩(wěn)定性安全系數(shù)均<1.1，抗承壓水穩(wěn)定性均不滿足要求，車站采取素混凝土隔斷⑦2 層的措施。距離車站最近的建筑物為人民商場，該建筑建造于20世紀90年代，框架結(jié)構(gòu)，地上6層，樁基礎(chǔ)形式，樁長12.0 m。根據(jù)理正深基坑軟件的初步計算結(jié)果，在主體基坑開挖及回筑過程中，圍護最大水平位移21 mm，接近車站圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移25 mm，地面的最大沉降為28 mm，超過了地面最大沉降量限值25 mm，故該基坑需進一步采取加強措施控制變形的發(fā)生。

為保證車站基坑施工時人民商場及基坑的安全，降低風(fēng)險，設(shè)計時采取如下加強措施：

1）人民商場處基坑第一道混凝土支撐采用八字撐，橫向間距為7.5 m；第二、三道采用鋼支撐，橫向間距為2.6 m，通過加強對鄰近人民商場地下連續(xù)墻的被動變形控制，減小結(jié)構(gòu)的變形；

2）基坑底采用裙邊+抽條加固形式，加固范圍為基底以下3 m、加固寬度為3 m，見圖2；

3）基坑距離人民商場較近處采用2排袖閥管注漿加固以抑制地基變形，注漿范圍為地面至人民商場基礎(chǔ)底，長約20 m、寬度約為2 m；

4）地下連續(xù)墻兩側(cè)采用槽壁加固，防止成槽塌孔引起的不利影響。

人民商場處采取加強措施后的基坑支護剖面見圖3。

3 基坑開挖計算分析

采用理正和Plaxis計算軟件對人民商場處的地鐵車站基坑斷面進行計算分析，判斷車站圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可行性，得出軟土地層基坑施工對鄰近重要建構(gòu)筑物的影響規(guī)律。

3.1 理正深基坑建模分析

根據(jù)車站基坑變形控制保護等級標準及車站周邊環(huán)境保護要求，車站基坑安全及側(cè)壁變形均按一級考慮，圍護結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.15%H（H為基坑開挖深度）且≤30 mm，地面最大沉降≤0.15%H。

圍護結(jié)構(gòu)按照平面問題進行分析，采用增量法模擬基坑施工過程[2]、計入變形及后支撐對圍護結(jié)構(gòu)受力的影響，采用理正深基坑軟件進行計算。基坑底采取抽條加固措施后，基底②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的土體力學(xué)參數(shù)按表2取值，其余土層按表1取值。

結(jié)果顯示：坑內(nèi)最大彎矩為74 kN·m，坑外最大彎矩為481 kN·m，最大剪力為321 kN，基坑最大沉降量為17 mm，基坑最大水平位移為18.37 mm。車站主體基坑施工過程中所產(chǎn)生的基坑變形及地面沉降計算值均在允許范圍內(nèi)。見圖4。

3.2 二維建模分析

1）采用有限元軟件Plaxis建立二維模型，模擬基坑開挖過程對鄰近建筑結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)基坑支護形式及工程地質(zhì)特點，選取車站基坑標準段進行分析。土體采用實體單元，地面超載取20 kPa，建筑物地上部分結(jié)構(gòu)荷載以15 kPa考慮，模型底部及左右分別采用固端約束與水平約束，本構(gòu)模型采用HS-small模型。開挖過程按基坑挖到底部的最不利工況進行計算。見圖5。

第一步：計算人民商場建成后的狀態(tài)。

第二步：將第一步計算位移清零，計算基坑地下連續(xù)墻完成后狀態(tài)。

第三步：計算基坑開挖至第一道支撐以下0.5 m后狀態(tài)。

第四步：計算架設(shè)第一道支撐后的狀態(tài)。

第五步：計算基坑開挖至第二道支撐以下0.5 m后狀態(tài)。

第六步：計算架設(shè)第二道支撐后的狀態(tài)。

第七步：計算基坑開挖至第三道支撐以下0.5 m后狀態(tài)。

第八步：計算架設(shè)第三道支撐后的狀態(tài)。

第九步：計算基坑開挖完成的狀態(tài)。

基坑開挖后，建筑物基礎(chǔ)最大水平位移4.14 mm（向基坑側(cè)），底板最大沉降12.4 mm，基礎(chǔ)底板最大沉降差為2.19 mm，基礎(chǔ)最大傾斜率0.12%；基坑右側(cè)地表最大水平位移為13.5 mm，最大沉降為18.3 mm，與理正深基坑軟件計算趨勢基本吻合。見表2。

4 結(jié)論與建議

1）理正深基坑軟件在基坑設(shè)計時存在一定的局限性，二維有限元數(shù)值模擬能夠較好反映基坑開挖施工過程對鄰近建構(gòu)筑物的變形情況及規(guī)律。

2）位于城市中心區(qū)域的大部分地鐵車站，周邊建構(gòu)筑物及管線等環(huán)境風(fēng)險較高，在設(shè)計過程中，需考慮設(shè)置主動保護及加強措施。

3）開挖基坑位于軟土地層，特別是淤泥質(zhì)土層時，在基坑與鄰近建構(gòu)筑物之間設(shè)置一定的加強措施，如加強支撐鋼度、注漿、槽壁加固等，可有效降低基坑開挖對周邊建構(gòu)筑物的影響。

4）通過對基坑數(shù)值模擬分析和對關(guān)鍵保護部位加固設(shè)計，可有效減小鄰近重要保護建構(gòu)筑物的水平位移和沉降，降低基坑施工的不利影響。

參考文獻：

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