地鐵車站深基坑施工對(duì)周圍環(huán)境影響評(píng)價(jià)分析

杜明玉，阮慶松，彭進(jìn)強(qiáng)，梅子廣

(1．中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074;2．中鐵十九局集團(tuán) 軌道交通有限公司，北京 101300)

地鐵車站深基坑施工對(duì)周圍環(huán)境影響評(píng)價(jià)分析

杜明玉1，阮慶松1，彭進(jìn)強(qiáng)2，梅子廣1

(1．中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074;2．中鐵十九局集團(tuán) 軌道交通有限公司，北京 101300)

深基坑工程往往周邊交通繁忙，地下管線縱橫交錯(cuò)，開挖過程容易引起土體變形，如果控制不好會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成很大的影響。因此在深基坑施工過程中除了采取合理的安全支護(hù)措施外，還需要控制好深基坑對(duì)周圍環(huán)境的影響。以武漢市中南路地鐵車站深基坑對(duì)周圍環(huán)境的影響為例進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場施工具體情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)地鐵基坑建設(shè)對(duì)周圍環(huán)境的影響進(jìn)行了討論，提出了相應(yīng)的控制技術(shù)。

地鐵車站 深基坑 周圍環(huán)境 影響 監(jiān)測

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類基礎(chǔ)建設(shè)的不斷進(jìn)行，城市可用建設(shè)面積越來越少，地下空間的利用成為城市建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，相應(yīng)的深基坑施工也越來越普遍。深基坑工程往往周邊交通繁忙，地下管線縱橫交錯(cuò)，開挖過程容易引起土體變形，如果控制不好會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成很大的影響。因此在深基坑施工過程中除了采取合理的安全支護(hù)措施外，還需要控制好深基坑對(duì)周圍環(huán)境的影響。

地鐵深基坑建設(shè)對(duì)周圍環(huán)境的影響，主要是深基坑開挖、降水過程中破壞了土體自然狀態(tài)造成周圍的土層變形，從而引起周邊建筑物及地下管線的變形等。

1 深基坑開挖過程中土體的變形機(jī)理

深基坑開挖變形的誘發(fā)因素主要有兩個(gè)方面:一是在基坑工程開挖之前，一般需要采取相應(yīng)的降水措施。而地下水位降低往往引起地表沉降，相應(yīng)形成以水位降落漏斗為中心的地表沉降變形區(qū)。這樣在深基坑施工影響范圍內(nèi)的建筑物、道路等都因此不均勻沉降，引起斷裂、傾斜甚至倒塌，影響到各項(xiàng)工程和設(shè)施的使用功能和安全。二是在深基坑開挖工程中，土體自然狀態(tài)被破壞和擾動(dòng)，引起土體結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，土體內(nèi)的應(yīng)力場變化，進(jìn)而造成地表沉降和橫向移動(dòng)，對(duì)周圍環(huán)境造成不良的影響。

2 地鐵深基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響

2.1 深基坑開挖對(duì)周圍建筑物的影響

地鐵深基坑一般在城市主城區(qū)，建筑物密集，基坑施工場地狹小，另外有重要的建筑和文物等要保護(hù)，所以深基坑施工對(duì)周圍建筑物的影響備受關(guān)注。如果支護(hù)不及時(shí)和支護(hù)強(qiáng)度不夠就會(huì)引起變形過大，甚至深基坑會(huì)坍塌，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，而且危及人身安全。由于深基坑開挖過程是對(duì)土體原始狀態(tài)進(jìn)行破壞和擾動(dòng)的過程，會(huì)引起坑底產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，同時(shí)基坑的降水過程會(huì)使土層固結(jié)，造成建筑物下方土體發(fā)生沉降變形。另外因?yàn)橥翆拥男再|(zhì)不同，所以建筑物基礎(chǔ)的變形大小不同，這樣就產(chǎn)生了不均勻變形，從而導(dǎo)致建筑物傾斜、開裂甚至倒塌等。

2.2 深基坑對(duì)周圍地下管線的影響

隨著城市的發(fā)展，市政地下管線越來越密集，在基坑施工場地周圍可能存在各種各樣的地下管線，如果被破壞就會(huì)直接影響到人民的生活和財(cái)產(chǎn)安全，所以深基坑在開挖前就需要對(duì)坑內(nèi)的地下管線進(jìn)行處理或改遷。由于深基坑施工時(shí)土體受力狀態(tài)發(fā)生變化，降水過程引起土體沉降變形，加之車輛頻繁出入，這樣影響范圍內(nèi)的地下管線亦會(huì)隨之變形、破壞。因此在基坑開挖之前務(wù)必要了解清楚基坑的開挖情況、管線距離基坑的距離、管線的埋設(shè)情況等。

2.3 深基坑開挖對(duì)地表和道路的影響

在深基坑開挖時(shí)，因?yàn)橥馏w的平衡狀態(tài)被破壞，所以周圍環(huán)境的平衡狀態(tài)也受到影響。尤其一般基坑工程都需要進(jìn)行降水，地下水位下降，勢(shì)必會(huì)引起地下水位越來越深，對(duì)大城市水供應(yīng)是一個(gè)問題，對(duì)生態(tài)環(huán)境亦是一種損害。一般深基坑工程建設(shè)在城市繁華地帶，灰塵、噪音、建筑垃圾等難免會(huì)污染周圍環(huán)境。而且深基坑在施工其間，場地周圍都要封閉，占用交通道路，這樣增加了交通壓力，給人民的生活帶來不便。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

武漢市地鐵中南路站位于武漢市武昌區(qū)中南路下面。車站的西邊主要有湖北文物大樓及外文書店建筑群和中南商業(yè)大樓及中南廣場購物中心建筑群。前者地上7層，半地下室，獨(dú)立樁基;后者地上分別是8～45層，框架結(jié)構(gòu)，樁筏基礎(chǔ)。車站的東邊有:湖北省石油化工行業(yè)管理辦公樓，地上6層，前面商鋪地上2層，條形基礎(chǔ);世紀(jì)中商百貨，地上28層，框架結(jié)構(gòu)，筏基;鵬程時(shí)代，地下2層，筏板基礎(chǔ);湖北省建設(shè)廳的商業(yè)及相關(guān)用房，地上分別有2～5層不等。

本車站主體結(jié)構(gòu)采用蓋挖逆作法施工，基坑平面呈長方形，主體基坑長度約290.0 m，寬度約42.9 m，開挖深度約為16.3～18.2 m。施工頂板結(jié)構(gòu)時(shí)的淺基坑采用明挖法分期倒邊施工，淺基坑開挖深度約為4 m。根據(jù)車站地質(zhì)勘察報(bào)告，綜合考慮車站周邊環(huán)境及規(guī)劃情況，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚800 mm的地下連續(xù)墻，墻頂設(shè)冠梁。各層樓板作為支撐體系使用，中間柱下設(shè)獨(dú)立樁基，樁基在使用階段兼作抗拔樁。淺基坑一、二期分界處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為一期采用鉆孔灌注樁+止水帷幕形式，二期采用土工格柵加筋擋土墻。淺基坑周邊其余部分的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及主體基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用連續(xù)墻形式。先施工頂板及中間立柱，回填覆土，恢復(fù)交通，然后利用風(fēng)道及出入口等進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工?；铀谖恢镁鶠楝F(xiàn)行道路，基坑離周邊建筑物較近，東側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離周邊建筑物約10 m，西南角圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離周邊建筑物約2.8 m，西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離周邊建筑物約7 m。主體基坑安全等級(jí)為一級(jí)，淺基坑安全等級(jí)為二級(jí)。

3.2 地鐵深基坑對(duì)周邊建筑的影響

在地鐵深基坑周邊水利廳9號(hào)樓和外文書店離基坑距離比較近，在施工過程中可能發(fā)生事故，水利廳9號(hào)樓離基坑最近點(diǎn)3.5 m，外文書店離基坑最近點(diǎn)8.5 m。所以本文主要針對(duì)該兩個(gè)位置分析深基坑開挖施工對(duì)周圍環(huán)境的影響。監(jiān)測點(diǎn)布置見圖1。

圖1 地鐵車站周圍建筑物監(jiān)測點(diǎn)布置

1)水利廳9號(hào)樓

J7-1，J7-2，J7-3，J7-4 離基坑 3.5 m，受到比較大的影響。水利廳9號(hào)樓2011年沉降曲線見圖2。從圖2可知:最大累計(jì)沉降值為11.32 mm，等于1.4‰H(H為深基坑的深度)。J7-5，J7-6，J7-7，J7-8離基坑15 m，沉降變形較小。主要是深基坑降水過程使土體固結(jié)，導(dǎo)致地表沉降。除此之外，地下連續(xù)墻采用沖孔樁施工和斷面開挖，長期振動(dòng)也加劇周圍建筑物的沉降變形。

2)外文書店

外文書店2011年沉降曲線見圖3。從圖3可知:深基坑開挖達(dá)到16.2 m，離深基坑8.5 m的外文書店最大沉降值為6.89 mm，等于0.42‰H。主要原因是深基坑采用沖孔樁施工，再加上第一層和第二層地下室開挖破壞了土體自然狀態(tài)，使土體發(fā)生了變形，導(dǎo)致周圍建筑物隨之變形。

圖2 水利廳9號(hào)樓沉降曲線

圖3 外文書店沉降曲線

3.3 深基坑對(duì)地下管線的影響

深基坑周圍有一道水管，在開挖施工時(shí)有可能直接損壞地下管線，而且開挖施工擾動(dòng)了周圍土體，土體應(yīng)力的釋放及重分布使管線受壓而斷裂，這樣會(huì)造成很大的風(fēng)險(xiǎn)，直接影響到人民的生活。因此在深基坑開挖施工過程中需要進(jìn)行監(jiān)測。如果地下管線受到影響較大，立即采取處理措施，改移地下管線的位置。從圖4可以看出:深基坑開挖達(dá)到16.2 m深度時(shí)，地下管線最大沉降值為7.05 mm。

圖4 地下管線沉降曲線(2011年)

4 控制措施

在深基坑施工之前，需要進(jìn)行地質(zhì)條件與水文地質(zhì)調(diào)查，了解土體的特性及其變形規(guī)律，為各個(gè)環(huán)節(jié)的控制措施提供依據(jù)。對(duì)周圍環(huán)境要仔細(xì)調(diào)查，對(duì)于建筑物、地下管線等受到比較大的影響地段進(jìn)行提前預(yù)測并加固處理，尤其是離基坑比較近的建筑物要采取超前預(yù)注漿等加固措施。對(duì)深基坑施工全過程進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整、優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工工藝。做好明水疏排和暗水降排措施，嚴(yán)格控制降水過程。深基坑工程難免會(huì)出現(xiàn)意外的情況，在基坑開挖以前做好準(zhǔn)備，一旦發(fā)生事故，立即處理。

5 結(jié)語

1)深基坑工程施工難免對(duì)周圍環(huán)境造成影響。基坑內(nèi)降水或基坑開挖過程引起周圍土體變形，不及時(shí)支護(hù)或支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，都會(huì)引起周圍土體往基坑方向位移。

2)地下水是地鐵車站深基坑開挖時(shí)影響周圍環(huán)境的重要因素之一。它對(duì)周圍建筑物的影響尤其明顯，水位下降再加上建筑物承重大，加劇了建筑物的沉降。

3)基坑開挖時(shí)土體的應(yīng)力釋放再加上降水過程使土體發(fā)生位移，帶動(dòng)了地下管線。所以在基坑開挖時(shí)要妥善處理地下管線。

4)靠深基坑較近的建筑受到的影響更明顯，變形較大，離基坑較遠(yuǎn)的受到的影響較小。

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TU921;U231+．4

A

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1003-1995(2013)04-0080-03

2012-09-10;

2012-12-20

杜明玉(1983— )，男，越南籍，碩士。

(責(zé)任審編 葛全紅)