地下變電站基坑開挖對周圍環(huán)境的影響分析

【摘要】通過對已建的全地下變電站設(shè)計計算理論數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的對比分析，綜合考慮周邊施工環(huán)境因素，得出一般情況下全地下變電站基坑開挖過程對周圍環(huán)境的影響。

【關(guān)鍵詞】地下變電站；周圍環(huán)境的影響

近幾年是上海電網(wǎng)建設(shè)及地鐵工程建設(shè)的高峰期。目前，幾個為地鐵工程配套的地下變電站以及電力系統(tǒng)內(nèi)的地下變電站已陸續(xù)竣工。本文通過110kV巨峰路主變電站等三個已竣工的全地下變電站的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，總結(jié)全地下變電站施工對周邊環(huán)境的影響。

1、110kV巨峰路主變電站

110kV巨峰路主變電站是為軌道交通6號線供電的全地下變電站，現(xiàn)已投運。其主體結(jié)構(gòu)為地下三層現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻結(jié)構(gòu)，地面僅留樓梯出入口及進排風(fēng)口。地下連續(xù)墻外包平面尺寸為：25m×62m，基坑開挖深度為17.45m。基坑支護體系為：800mm厚地下連續(xù)墻，第1道鋼筋混凝土支撐加5道鋼支撐。基坑坑底以下5m厚抽條加裙邊高壓旋噴加固。

110kV巨峰路主變電站的現(xiàn)場施工條件較好，周圍空曠，無重要地下管線，沒有需要保護的建構(gòu)筑物，距離東面曹家溝約22m。因此，其基坑保護等級為二級，采用啟明星軟件計算，連續(xù)墻最大水平位移設(shè)計值為26mm。

從搜集到的110kV巨峰路主變電站基坑工程施工監(jiān)測單位（上海市地質(zhì)勘查技術(shù)研究院）的《信息化施工監(jiān)測成果報表》分析：2006年5月11日，基坑開挖至坑底，正在澆搗墊層，此時為基坑變形最不利的工況。施工現(xiàn)場共有10個分布在基坑四周地下連續(xù)墻內(nèi)的測斜管，其中8個測點的地下連續(xù)墻水平位移數(shù)據(jù)在24mm～26mm，1個為27mm，1個為31mm；共有24個地表沉降監(jiān)測點，坑外地表垂直位移變化量為-36.0mm～11.7mm，其中接近基坑的測點數(shù)值集中在7mm～11mm，距基坑10m左右的測點數(shù)值集中在-7mm～-26mm。

110kV巨峰路主變電站的基坑變形設(shè)計值與實測數(shù)據(jù)非常接近，可以說，設(shè)計的計算是較精確的。

2、110kV北新涇主變電站

110kV北新涇主變電站是為軌道交通2號線西延伸段供電的全地下變電站，現(xiàn)已投運。其主體結(jié)構(gòu)為地下三層現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻結(jié)構(gòu)，地面為樓梯出入口及進排風(fēng)口。地下連續(xù)墻外包平面尺寸為：28.5m×58m，基坑開挖深度為17.35m。基坑支護體系為：800mm厚地下連續(xù)墻，第1道鋼筋混凝土支撐加5道鋼支撐?；涌拥滓陨?m，坑底以下4m，共7m厚抽條加裙邊高壓旋噴加固。

110kV北新涇主變電站地下連續(xù)墻外邊緣距離2號線西延伸段盾構(gòu)區(qū)間隧道18.3m，且主變電站基坑開挖期間，2號線西延伸段正處于調(diào)試階段。由于2號線西延伸段盾構(gòu)區(qū)間隧道正好位于北新涇主變電站基坑一倍開挖深度以外，基坑保護等級為二級。采用啟明星軟件計算，連續(xù)墻最大水平位移計算值為26mm。

從搜集到的110kV北新涇主變電站基坑工程施工監(jiān)測單位（上海輝固巖土工程技術(shù)有限公司）的《施工監(jiān)測數(shù)據(jù)日報表》分析：2006年5月24日，基坑開挖至坑底，正在澆搗墊層及綁扎底板鋼筋，此時為基坑變形最不利的工況。施工現(xiàn)場共6個分布在基坑四周地下連續(xù)墻內(nèi)的測斜管，地下連續(xù)墻水平位移數(shù)據(jù)在45mm～50mm；共17個坑外地表沉降檢測點，坑外地表沉降變化量為-15mm～-42mm；在北虹路共有20個管線沉降觀測點， 管線沉降4mm～6mm；在周圍鄰近建筑物共有28個房屋沉降觀測點，距離基坑?xùn)|側(cè)連續(xù)墻6m遠處的3層混凝土房屋沉降值為27mm～37mm， 距離基坑?xùn)|側(cè)連續(xù)墻11m～22m遠處的2層混凝土房屋沉降值為13mm，其余距離更遠的房屋沉降值為5mm以下。 在2號線西延伸段盾構(gòu)區(qū)間隧道內(nèi)共有16個沉降觀測點，累計沉降1mm～3mm。

110kV北新涇主變電站的基坑變形設(shè)計值與實測數(shù)據(jù)有較大出入，這與110kV北新涇主變電站基坑開挖速度慢等施工原因有關(guān)，并且基坑變形實測數(shù)據(jù)也未超過二級基坑保護等級允許值51mm。但從110kV北新涇主變電站的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，即使基坑變形控制質(zhì)量一般，出現(xiàn)了較大變形，但2號線西延伸段盾構(gòu)區(qū)間隧道和距離基坑稍遠的管線及房屋都沒有出現(xiàn)大的變形沉降，主變電站的基坑施工對其影響很有限。距離基坑?xùn)|側(cè)連續(xù)墻6m遠的房屋也只有27mm～37mm的沉降量。

3、110kV多倫變電站

110kV多倫變電站為全地下變電站，現(xiàn)已投運。其主體結(jié)構(gòu)為地下三層現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻結(jié)構(gòu)，地面僅留樓梯出入口及進排風(fēng)口。地下連續(xù)墻外包平面尺寸為：34m×50m，基坑開挖深度為18.2m?；又ёo體系為1000mm厚地下連續(xù)墻，4道鋼筋混凝土支撐。為保護M8線區(qū)間隧道，應(yīng)上海地鐵運營有限公司的要求，基坑內(nèi)外高壓旋噴全斷面裙邊加固。

110kV多倫變電站的現(xiàn)場施工條件較差，距離M8線區(qū)間隧道僅13.4m。由于M8線區(qū)間隧道位于多倫變電站基坑一倍開挖深度以內(nèi)，基坑保護等級定為一級。本工程采用啟明星軟件計算，連續(xù)墻最大水平位移計算值為25.7mm。

從搜集到的110kV多倫變電站基坑工程施工監(jiān)測單位（上海市地質(zhì)勘查技術(shù)研究院）的《110kV多倫變電站基坑變形量監(jiān)測報表》及上海地鐵運營有限公司監(jiān)護分公司的《多倫變電站施工地鐵八號線虹口足球場站監(jiān)測成果表》分析：2007年2月12日，基坑開挖至坑底，正在澆搗墊層及綁扎底板鋼筋，此時為基坑變形最不利的工況。施工現(xiàn)場共14個分布在基坑四周地下連續(xù)墻內(nèi)的測斜管，其中12個地下連續(xù)墻水平位移數(shù)據(jù)在22mm～25mm，1個為27mm，1個為28mm；共5根地下管線受監(jiān)測，沉降均小于7mm，水平位移僅1mm；共75個坑外地表沉降檢測點，其中距離基坑一倍開挖深度范圍內(nèi)的監(jiān)測點沉降值為6mm～8mm，距離較遠的監(jiān)測點沉降值為3mm～5mm；周圍鄰近建筑物共布置11個房屋沉降觀測點，距離基坑連續(xù)墻8m遠的房屋沉降值為6mm～8mm。 在M8線區(qū)間隧道內(nèi)共有22個沉降觀測點，最大沉降14mm；虹口足球場站廳、站臺內(nèi)的最大沉降值為9mm。

110kV多倫變電站的基坑變形設(shè)計值與實測數(shù)據(jù)非常接近，達到了一級基坑保護等級的要求。為保護M8線區(qū)間隧道， 110kV多倫變電站的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)是最全面和精確的。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，由于采取了較好的保護措施，基坑變形及基坑開挖對周圍環(huán)境影響的控制是令人滿意的，對M8線區(qū)間隧道的沉降控制是成功的。

4、綜合分析

（1）綜合以上三個地下變電站的基坑及基坑周邊環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，我院目前的基坑設(shè)計和計算方法是可靠的和較精確的，不論是采用混凝土支撐的基坑還是采用混凝土支撐加鋼支撐的基坑，設(shè)計值都比較符合實際施工情況。其中110kV北新涇主變電站的實測數(shù)據(jù)與設(shè)計計算值差異較大，主要是施工開挖慢等問題造成，并且實測數(shù)據(jù)也達到二級基坑保護等級要求。因此可以說，我院設(shè)計的地下變電站對周邊環(huán)境的影響是控制良好的，同時施工單位現(xiàn)場控制與質(zhì)量控制也很關(guān)鍵。

（2）距離基坑10m范圍內(nèi)，基坑變形控制良好的基坑，其地表沉降值一般為6mm～10mm；基坑變形控制較好的基坑，其地表沉降值一般為10mm～20mm；

基坑變形控制一般的基坑，其地表沉降值一般為20mm～35mm。從以上數(shù)據(jù)可以看出，即使是距離地下變電站很近的地下管線或者建構(gòu)筑物，一般都能承受地下變電站基坑開挖對其的影響。如遇到對變形比較敏感的管線，一般應(yīng)考慮加強施工控制及施工質(zhì)量，其次是在設(shè)計過程中采取加強基坑變形控制的措施。

（3）距離基坑10m范圍外，基坑變形控制良好的基坑，其地表沉降值一般為3mm～5mm；基坑變形控制一般的基坑，其地表沉降值也在約10mm～15mm。這樣的沉降量對于絕大部分建構(gòu)筑物沒有影響，對于埋在地下的管線影響更小，其影響可以忽略不計。

（4）對于附近有地鐵隧道經(jīng)過的基坑，應(yīng)地鐵運營有限公司的要求，應(yīng)該加強基坑變形控制。但是從110kV北新涇主變電站（距離2號線北延伸區(qū)間隧道18.3m）和110kV多倫變電站（距離M8線區(qū)間隧道13.4m）的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，2號線北延伸區(qū)間隧道沉降值僅3mm，M8線區(qū)間隧道沉降值14mm（其周邊還有2個較大基坑在施工），地下變電站基坑開挖對于地鐵隧道沉降的實際影響是不大的。根據(jù)基坑周圍地表一般沉降量估算，距離地鐵隧道10m以上的地下變電站的基坑，在基坑開挖過程中對地鐵隧道的保護是有把握的，只要距離較遠，如110kV北新涇主變電站，不必采取特別加強的保護措施。

5、結(jié)束語

本文主要闡述了地下變電站基坑開挖過程中，基坑周圍土體變形沉降所產(chǎn)生的對地下變電站周邊管線、建構(gòu)筑物及地鐵隧道等周邊環(huán)境的影響。此外，基坑開挖時的降水對地下變電站周邊的建構(gòu)筑物也有一定的影響，目前，主要通過采取坑內(nèi)降水等措施以控制地面沉降，尚未進行定量計算。下一步擬建立有限元模型，分析基坑開挖階段地下水的滲流，以期找到規(guī)律，這對于離河較近的地下變電站基坑比較有參考價值。同時通過有限元模型計算基坑周圍土體變形值與目前設(shè)計計算值、實際施工監(jiān)測值做對比分析，以期找到更一般的規(guī)律，為以后的設(shè)計提供參考。