地鐵基坑開(kāi)挖對(duì)臨近建筑物的風(fēng)險(xiǎn)影響分析

陳飛 陳壽堂 羅欣宇

摘 要：按照《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》（GB50652-2011）的要求，文章對(duì)武漢地鐵7號(hào)線某車站附屬出入口基坑環(huán)境重大風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合該基坑的工程地質(zhì)特征、開(kāi)挖深度提出合理的風(fēng)險(xiǎn)源控制措施，并采用有限元數(shù)值模擬方法，計(jì)算分析地鐵基坑開(kāi)挖對(duì)臨近建筑物的影響，確?；庸こ淌┕r(shí)周邊建筑物的安全性，為今后類似工程提供設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：地鐵基坑 風(fēng)險(xiǎn)分析 數(shù)值模擬

按照我國(guó)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》（GB50652-2011）的要求，在地下工程建設(shè)前，應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)重大風(fēng)險(xiǎn)源應(yīng)進(jìn)行影響分析，并采取有針對(duì)性的措施降低風(fēng)險(xiǎn)源等級(jí)，確保工程安全。文章以武漢地鐵7號(hào)線某車站附屬出入口基坑開(kāi)挖對(duì)臨近8層建筑物的風(fēng)險(xiǎn)影響分析為背景，提出針對(duì)性風(fēng)險(xiǎn)源控制措施，并采用有限元數(shù)值模擬方法，研究了高承壓水、軟弱土地區(qū)基坑開(kāi)挖對(duì)臨近建筑物的風(fēng)險(xiǎn)影響分析，確保基坑工程的順利實(shí)施，為類似工程提供施工經(jīng)驗(yàn)。

1.工程概況

本車站附屬出入口位于長(zhǎng)江一級(jí)階地，整個(gè)基坑開(kāi)挖最大深度約為14.8m，開(kāi)挖面積約310m2。出入口距臨近8層建筑物2.2m，該建筑物基礎(chǔ)形式為靜壓方樁，樁長(zhǎng)12m。基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)的巖土層主要為（1-1）雜填土、（3-2）黏土、（3-3）淤泥質(zhì)黏土、（3-4）粉質(zhì)黏土夾粉土、（3-5）粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂互層，基坑底部的巖土層主要為（4-1b）粉砂夾粉土、粉質(zhì)黏土、（4-1）粉細(xì)砂。擬建場(chǎng)地地下水主要類型有上層滯水、孔隙承壓水及基巖裂隙水?？紫冻袎核饕x存于（4）單元砂性土中，含水層厚度一般為20～40m，含水層滲透性一般隨深度遞增，主要接受側(cè)向地下水的補(bǔ)給及向側(cè)向排泄，與長(zhǎng)江水水力聯(lián)系密切，呈互補(bǔ)關(guān)系，地下水位季節(jié)性變化規(guī)律明顯，水量較為豐富?？辈炱陂g承壓水頭位于地表以下3m。

2.基坑風(fēng)險(xiǎn)控制措施設(shè)計(jì)

按照《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》（GB50652-2011），8層建筑物為一般設(shè)施，明挖法基坑距建筑物的距離2.2m<0.7H（H位基坑開(kāi)挖深度），臨近關(guān)系為非常接近，初步判定該環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬于重大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源，需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)影響分析，并采取針對(duì)性措施確保安全。

按照國(guó)家和湖北省建筑基坑支護(hù)的有關(guān)技術(shù)規(guī)范和規(guī)定，本基坑支護(hù)工程重要性等級(jí)為一級(jí)，針對(duì)周邊建構(gòu)筑物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，本附屬基坑主要采取以下措施：

（1）加強(qiáng)支護(hù)剛度，控制基坑自身變形。本此所設(shè)計(jì)附屬基坑采用1000@1200鉆孔灌注樁加3道內(nèi)支撐作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可有效控制基坑本身變形，減小對(duì)臨近建筑物的影響。

（2）地基加固，對(duì)附屬基坑采用Φ850@600三軸水泥攪拌樁對(duì)坑底進(jìn)行滿堂加固，加固深度3m，水泥加固體可提高被動(dòng)區(qū)抗力，在一定程度上形成地下暗撐體系，控制圍護(hù)樁變形。

（3）控制降水，采用封降結(jié)合形式，坑內(nèi)采用三軸攪拌樁滿堂加固，加固深度為坑底以下3m，坑外設(shè)置三軸攪拌樁止水帷幕；施工時(shí)嚴(yán)格控制降水，做到按需降水，減小降水對(duì)臨近建筑物的影響。

（4）精細(xì)化施工。挖土控制、架撐及時(shí)、嚴(yán)禁超挖。挖土應(yīng)分層、對(duì)稱、均衡、限時(shí)，禁止超挖，基坑見(jiàn)底后應(yīng)及時(shí)澆筑墊層及底板，快速封閉坑底。

3.數(shù)值模擬計(jì)算及分析

3.1有限元模型

采用PLAXIS有限元軟件建立一個(gè)寬度方向100m，高度方向50m的基坑開(kāi)挖模型。根據(jù)地勘鉆孔將地層分為7層，建筑荷載按每層18kPa取值，共計(jì)144kPa。有限元計(jì)算模型如圖1所示。

3.2計(jì)算參數(shù)及施工階段模擬

每層土的參數(shù)均來(lái)自實(shí)際的勘察資料，見(jiàn)表1。有限元模擬施工過(guò)程如下：（1）初始應(yīng)力場(chǎng)分析，位移清零。（2）施工建筑物及其樁基礎(chǔ)。（3）施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。（4）開(kāi)挖第1層土，架設(shè)第1道支撐。（5）開(kāi)挖第2層土，架設(shè)第2道支撐。（6）開(kāi)挖第3層土，架設(shè)第3道支撐。（7）開(kāi)挖第4層土。

3.3模計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）建筑物及基礎(chǔ)變形控制的標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）高層建筑基礎(chǔ)的平均沉降量為200mm。（2）工業(yè)與民用建筑相鄰柱基（框架結(jié)構(gòu)）的沉降差允許值為0.002L（L為相鄰柱基的中心距離）。（3）工業(yè)與民用建筑多層和高層建筑物（24

基坑開(kāi)挖到底時(shí)水平位移云圖如圖2所示，豎向位移云圖如圖3所示，可看出，基坑開(kāi)挖到底時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為23mm。8層建筑物距離基坑最近的一根樁，其水平位移為14mm，豎向沉降為9.9mm；距離基坑最遠(yuǎn)的一根樁，其水平位移為2.1mm；豎向沉降為3.7mm。房屋基礎(chǔ)位移變形值<規(guī)范允許值200mm。兩樁柱基沉降差為6.2mm<0.002L=20mm（L為相鄰柱基的中心距離），建筑物整體傾斜率為0.001<0.003。

綜上所述，對(duì)照計(jì)算結(jié)果與建筑物變形控制標(biāo)準(zhǔn)，附屬基坑開(kāi)挖引起的建筑物及基礎(chǔ)沉降能滿足規(guī)范要求的變形允許值。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)高承壓水、軟弱土地區(qū)基坑采用加強(qiáng)支護(hù)剛度、地基加固、控制降水、精細(xì)化施工等措施可有效控制基坑及周邊建筑物變形，大大降低周邊建筑物風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，基坑實(shí)施時(shí)具備足夠的安全性和可靠性。通過(guò)各種工程措施處理后，由于客觀因素的多變以及巖土工程的特征，基坑殘留風(fēng)險(xiǎn)仍然存在，在施工過(guò)程中要加強(qiáng)監(jiān)控措施，做好風(fēng)險(xiǎn)管理，從而達(dá)到控制風(fēng)險(xiǎn)、減少損失的目的。

參考文獻(xiàn)：

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