軟土地區(qū)地鐵車(chē)站深基坑鄰近建筑物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制措施研究

劉林貴，張君，謝鑫波

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100032）

1 引言

在我國(guó)南方軟土地區(qū)城市核心區(qū)建造明（蓋）挖法地鐵車(chē)站，不可避免地會(huì)遇到車(chē)站深基坑鄰近周邊建筑物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，如何采取有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，減少基坑開(kāi)挖引起的周邊建筑物的變形，確保基坑工程施工期間周邊環(huán)境的安全，是軟土地區(qū)深基坑工程的關(guān)鍵點(diǎn)。針對(duì)軟土地區(qū)深基坑及鄰近建筑物的變形規(guī)律，鄭翔[1]等依托寧波地鐵4 號(hào)線(xiàn)雙東路車(chē)站基坑工程，對(duì)施工全過(guò)程導(dǎo)致的鄰近建筑物和地表沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果顯示基坑開(kāi)挖引起的建筑物沉降呈現(xiàn)顯著的時(shí)空效應(yīng)，采用鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)是減小鄰近建筑物變形速率的有效措施。鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)是一套智能基坑水平位移控制系統(tǒng)，具有低壓時(shí)軸力自動(dòng)補(bǔ)償，高壓時(shí)軸力自動(dòng)報(bào)警的功能，可以有效減小基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響[2-3]。王義盛[4]以上海某地鐵車(chē)站為例，分析了軟土地區(qū)超深基坑工程的特點(diǎn)及難點(diǎn)，提出了軟土地區(qū)地鐵車(chē)站超深基坑變形控制技術(shù)。許瑞[5]以上海某基坑工程為例，分析了工程特點(diǎn)并據(jù)此選擇基坑圍護(hù)方案，詳細(xì)介紹了軟土地區(qū)基坑工程設(shè)計(jì)選型與施工管控的相關(guān)措施。

2 工程概況

2.1 地鐵車(chē)站基坑概況

該車(chē)站總長(zhǎng)182 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.7 m，為地下3 層雙柱3 跨箱形框架結(jié)構(gòu)，頂板覆土約3 m，底板埋深約25.43 m，車(chē)站兩端盾構(gòu)井處結(jié)構(gòu)寬28.3 m，底板埋深約27.23 m。車(chē)站采用半幅蓋挖順筑法施工，車(chē)站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2 m 厚地下連續(xù)墻，豎向設(shè)置7 道內(nèi)支撐。

2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)區(qū)為湖沼積平原地貌，地貌形態(tài)單一，自然地面較平坦。地層從上到下依次為①1碎石填土、①2素填土、④1淤泥質(zhì)黏土、④2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤2粉質(zhì)黏土夾粉土、⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑦1粉質(zhì)黏土、?粉質(zhì)黏土、?2a強(qiáng)風(fēng)化安山玢巖、?3a-1中風(fēng)化上段安山玢巖、?3a-2中風(fēng)化下段安山玢巖，各地層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。車(chē)站底板位于⑦1粉質(zhì)黏土層，車(chē)站基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)土層主要為④~⑥層淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層（即軟土地層）。④~⑥層軟土地層為流塑狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)，為高壓縮性、高靈敏度土，施工開(kāi)挖易擾動(dòng)。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)表

擬建場(chǎng)區(qū)地下水類(lèi)型主要是第四系松散土層孔隙潛水及基巖裂隙水，孔隙潛水主要賦存于表層填土和淤泥質(zhì)土層中，地下水位埋深一般為0.9~1.7 m；基巖裂隙水主要分布于基巖內(nèi)，補(bǔ)給來(lái)源主要為上部第四系松散土層孔隙潛水，徑流方式為通過(guò)巖體內(nèi)裂隙的滲流，水量小，徑流緩慢。

2.3 基坑周邊建筑物情況

車(chē)站周邊建筑物密集，建筑物用途為住宅樓、辦公樓、商業(yè)酒店。車(chē)站周邊建筑物與車(chē)站基坑平面位置圖見(jiàn)圖1，建筑物結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)信息、與車(chē)站基坑的距離見(jiàn)表2。

圖1 周邊建筑物與車(chē)站基坑平面位置圖

表2 車(chē)站周邊建筑物信息表

3 建筑物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析及變形控制值

GB 50652—2011 《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》根據(jù)環(huán)境設(shè)施的重要性及基坑與環(huán)境設(shè)施的鄰近關(guān)系，確定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。根據(jù)該規(guī)范本工程中4#建筑物為重要設(shè)施，其余建筑物為一般設(shè)施；1#~6#建筑物均位于車(chē)站主體基坑0.7 倍開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，屬非常接近。根據(jù)規(guī)范初步判斷4#建筑物為Ⅰ級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，其余建筑物為Ⅱ級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。從建筑物結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)形式角度分析，4#建筑物為框剪結(jié)構(gòu)，嵌巖樁基礎(chǔ)，抵抗變形的能力最好，5#建筑物次之；1#、6#建筑物雖然為樁基礎(chǔ)，但樁徑小，樁長(zhǎng)短，樁基為摩擦樁，抵抗變形的能力差；2#、5#建筑物為淺基礎(chǔ)，抵抗變形的能力最差。從時(shí)空效應(yīng)角度分析，5#、6#建筑物鄰近基坑角部或端部，空間效應(yīng)明顯；其余建筑物與車(chē)站基坑長(zhǎng)邊方向平行鄰近，接近平面應(yīng)變狀態(tài)。因此，基坑開(kāi)挖引起的5#、6#建筑物處的土體變形，應(yīng)明顯小于其余建筑物處的土體變形。經(jīng)綜合分析，并結(jié)合工程類(lèi)比，本工1#、2#程建筑物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)調(diào)整為Ⅰ級(jí)，4#建筑物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)調(diào)整為Ⅱ級(jí)，其余建筑物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不變。建筑物變形控制值應(yīng)建筑物自身情況及其與基坑的位置關(guān)系，結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)確定。建筑物的變形控制值應(yīng)符合現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。本工程建筑物沉降控制值為20 mm，沉降速率控制值為3 mm/d，傾斜控制值為1.5‰。

4 建筑物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制措施及建筑物變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為確保車(chē)站基坑施工期間周邊建筑物的安全，采取如下環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

4.1 加強(qiáng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度，減少基坑側(cè)壁變形

本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2 m 厚地下連續(xù)墻，豎向設(shè)置7 道內(nèi)支撐，其中第一、五道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。第一道混凝土支撐截面尺寸為1 000 mm×1 200 mm，第五道混凝土支撐截面尺寸為1 000 mm×1000mm，鋼支撐外徑800 mm，壁厚16 mm。本基坑全部鋼支撐均采用伺服系統(tǒng)，同時(shí)適當(dāng)增大鋼支撐預(yù)加軸力，嚴(yán)格控制基坑側(cè)壁變形。同時(shí)，為了減少基坑的長(zhǎng)邊效應(yīng)，更好地控制1#、2#建筑物的變形，在基坑鄰近1#、2#建筑物位置處設(shè)置兩道中隔壁地連墻（見(jiàn)圖1），將182 m長(zhǎng)的基坑分3 個(gè)倉(cāng)開(kāi)挖，待各分倉(cāng)內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)施作完成后再鑿除中隔壁地連墻。通過(guò)以上基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施，最大限度地降低基坑開(kāi)挖階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，從而減少了基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物的影響。

4.2 加強(qiáng)基坑工程地下水控制措施

本基坑地連墻底嵌入中風(fēng)化安山玢巖1 m，地連墻采用工字鋼接頭，形成落底式止水帷幕，在基坑內(nèi)設(shè)置疏干降水井，將降水范圍控制在地連墻內(nèi)，同時(shí)在基坑開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)封堵側(cè)壁滲水點(diǎn)，減少因地下水降水或滲漏而引起的建筑沉降。

4.3 采取槽壁加固措施

為減少地連墻施工期間引起的建筑物變形，對(duì)建筑物1、2位置處的地連墻進(jìn)行槽壁加固 （見(jiàn)圖1），槽壁加固采用直徑850 mm，間距600 mm 的雙軸攪拌樁，加固深度為地面下14 m。

4.4 基坑開(kāi)挖過(guò)程控制

基坑開(kāi)挖遵循時(shí)空效應(yīng)，先撐后挖、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖。根據(jù)工程特點(diǎn)，合理確定施工分段長(zhǎng)度和放坡坡度。及時(shí)架設(shè)內(nèi)支撐和施加預(yù)應(yīng)力，嚴(yán)格控制軸力，快速封閉基坑底板，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，確保周邊環(huán)境穩(wěn)定。

4.5 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

重點(diǎn)關(guān)注周邊建筑物的變形監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整施工參數(shù)，做到信息化施工。建筑物變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)（報(bào)）警時(shí)，及時(shí)召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)，確定建筑物安全后方可進(jìn)行下一步工序施工。

本工程實(shí)測(cè)建筑物變形數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 建筑物變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，除1#、2#建筑物累計(jì)沉降值超過(guò)控制值外，其余建筑物的累計(jì)沉降均未超過(guò)控制值；建筑物的累計(jì)傾斜均未超過(guò)控制值；3#~5#建筑物的沉降值明顯小于1#、2#建筑物，這表明前文對(duì)基坑周邊建筑物的風(fēng)險(xiǎn)分析是合理的。雖然1#、2#建筑物累計(jì)沉降超過(guò)控制值，但建筑物傾斜較小，沉降較為均勻，經(jīng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，不影響建筑物正常使用。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某軟土地區(qū)地鐵車(chē)站深基坑工程為例，對(duì)基坑周邊鄰近的不同結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)形式的建筑物進(jìn)行了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析，確定了不同建筑物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并采取了針對(duì)性的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制措施。通過(guò)對(duì)工程實(shí)測(cè)建筑物變形數(shù)據(jù)的分析表明，本文對(duì)基坑周邊建筑物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的分析及所采取的風(fēng)險(xiǎn)控制措施是合理可靠的，可以為類(lèi)似工程提供參考。