市政基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物影響研究

張家瑋

摘 要：地鐵基坑工程規(guī)模大、基坑深、地面及地下環(huán)境復(fù)雜，其建設(shè)過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響不容忽視。以具體市政樞紐基坑工程鄰近某高層建筑為例，通過(guò)針對(duì)性數(shù)值模擬分析預(yù)測(cè)，研究了基坑工程施工對(duì)周邊高層建筑物的安全性影響，并制定相應(yīng)的施工措施，給出施工建議，有效防止工程事故，保證工程的質(zhì)量安全，相關(guān)研究成果可供類(lèi)似工程參考借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵；深基坑；開(kāi)挖；地面沉降；環(huán)境影響

中圖分類(lèi)號(hào)：TU433? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）04-0007-03

0 引言

隨著城市的快速發(fā)展以及城市人口的迅速聚集，城市軌道交通系統(tǒng)也日益成熟。復(fù)雜的城軌系統(tǒng)必然會(huì)交錯(cuò)發(fā)展，從而在城市核心區(qū)形成一座座換乘樞紐。大型交通樞紐工程的施工必然伴隨著對(duì)周邊環(huán)境的影響，隨著樞紐基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)回筑等建筑工程的施工，大量開(kāi)挖擾動(dòng)、地層損失和固結(jié)沉降以及施工降水等因素引起的地層移動(dòng)和變形會(huì)引起周邊建（構(gòu)）筑物的沉降變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致建（構(gòu)）筑物發(fā)生坍塌破壞。

目前國(guó)內(nèi)外已有大量基坑工程鄰近建（構(gòu)）施工[1-2]成功的案例，也有部分施工事故[3-4]案例。研究市政樞紐工程對(duì)周邊環(huán)境的影響已成為指導(dǎo)施工進(jìn)程，評(píng)估施工風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵一環(huán)。

1 研究案例

1.1 工程概況

深圳市黃木崗交通樞紐坐落于筍崗西路、泥崗西路、華富路、華強(qiáng)北路五叉路口，為既有7號(hào)線、新建14號(hào)線以及規(guī)劃24號(hào)線三線的換乘樞紐。樞紐工程范圍涵蓋地鐵14、24號(hào)線黃木崗站（含預(yù)留24號(hào)線下穿7號(hào)線區(qū)間隧道），工程內(nèi)容包括7號(hào)線改造、地下空間開(kāi)發(fā)、慢行系統(tǒng)完善、交通接駁設(shè)施等。14號(hào)線沿華富路和泥崗西路地下敷設(shè)，為地下三層疊側(cè)車(chē)站，與既有7號(hào)線同臺(tái)換乘。規(guī)劃24號(hào)線沿筍崗西路地下敷設(shè)，為地下四層車(chē)站，與7、14號(hào)線形成節(jié)點(diǎn)換乘。

黃木崗交通樞紐工程根據(jù)基坑深度可大致分為3部分，分別為24號(hào)線部分（地下4層，深度38～40 m）、14號(hào)線部分（地下3層，深度28 m）、地下空間部分（地下1層，深度9～15 m），樞紐基坑深度及平面位置見(jiàn)圖如圖1所示，基坑各圍護(hù)工法平面圖如圖2所示。

場(chǎng)區(qū)地層主要為場(chǎng)地揭露到的地層主要有新近人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系殘積層（Qel）、燕山期（γ53（1））花崗巖。

1.2 主要風(fēng)險(xiǎn)源

既有建筑市政設(shè)計(jì)大廈位于筍崗西路西區(qū)商業(yè)區(qū)南側(cè)，主樓為14層剪力墻結(jié)構(gòu)，1層地下室，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)加抗浮墩，樁長(zhǎng)22.5 m，頂標(biāo)高地下5 m左右，抗浮墩長(zhǎng)5 m。另有7層副樓及3層聯(lián)廊，副樓部分為獨(dú)立基礎(chǔ)，埋深4 m。副樓與3層聯(lián)廊之間設(shè)變形縫?？傮w為本工程二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源。

市政設(shè)計(jì)大廈距離一級(jí)基坑主體結(jié)構(gòu)外墻的最小距離為12.9 m，距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小間距為11.8 m。市政設(shè)計(jì)大廈距離二級(jí)基坑主體結(jié)構(gòu)外墻的最小距離為22.5 m，距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小間距為21.2m。市政設(shè)計(jì)大廈距離D下沉廣場(chǎng)的主體結(jié)構(gòu)外墻的最小距離為3.7 m，距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小距離為2.6m。其位置關(guān)系如圖3所示。

2 數(shù)值模擬

2.1 計(jì)算模型

依據(jù)土參數(shù)物理力學(xué)指標(biāo)和基坑與風(fēng)險(xiǎn)源相對(duì)位置關(guān)系建立Midas-Gts三維有限元模型如圖所示。數(shù)值模型垂直方向?yàn)閆軸，水平方向?yàn)閄、Y軸。X方向取502 m，Y方向取700 m，Z方向取70 m，計(jì)算采用四面體單元，共劃分節(jié)點(diǎn)92 712個(gè)，單元520 429個(gè)。有限元計(jì)算模型如圖4所示。

基坑范圍內(nèi)土體主要為素填土、雜填土、填砂、砂土、礫質(zhì)粘性土和粘土，其物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)Midas-Gts三維有限元模型進(jìn)行增量法計(jì)算，可得到在基坑開(kāi)挖及樞紐主體結(jié)構(gòu)回筑的全施工過(guò)程中，市政設(shè)計(jì)大廈和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和變形計(jì)算結(jié)果如圖5至圖7所示。

由于變形縫的作用，7層建筑的沉降最大為6.4 mm，而14層建筑的沉降最大為1.9 mm。

對(duì)于24號(hào)線2層基坑方向的位移，均呈現(xiàn)底部小上部大的趨勢(shì)，7層建筑最大位移為3 mm。而14層建筑最大位移為3.3 mm。對(duì)于D下沉廣場(chǎng)方向的位移，14層建筑的位移最大值為1.8 mm，而7層建筑最大值為1 mm。

3 施工措施及建議

第一，為控制周邊建（構(gòu)）筑物的水平位移和沉降變形在相應(yīng)工程標(biāo)準(zhǔn)范圍，需預(yù)先將靠近建（構(gòu)筑）物一側(cè)對(duì)土體進(jìn)行注漿加固處理以提升土的強(qiáng)度及整體性。

第二，項(xiàng)目部成立房屋保護(hù)領(lǐng)導(dǎo)小組，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備房屋保護(hù)所需的一切應(yīng)急材料和機(jī)具設(shè)備。

第三，工程開(kāi)始后，應(yīng)對(duì)可能影響的周邊建筑進(jìn)行調(diào)查，記錄原始狀態(tài)，鑒定房屋安全穩(wěn)定性，根據(jù)施工影響程度情況實(shí)施布點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

第四，必要時(shí)采取主動(dòng)處理措施，針對(duì)不同施工階段對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物進(jìn)行基礎(chǔ)加固。

第五，房屋出現(xiàn)沉降、傾斜、開(kāi)裂等報(bào)警值后及時(shí)通知業(yè)主、房屋業(yè)主等單位或者個(gè)人。對(duì)存在嚴(yán)重安全隱患的房屋，必須及時(shí)撤出居民，并且妥善安置。

第六，針對(duì)不同周邊建筑物及房屋開(kāi)裂事故，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)控制工作。應(yīng)急人員應(yīng)根據(jù)事故特點(diǎn)和事故引發(fā)的物質(zhì)的不同，相應(yīng)選取堆載法、設(shè)置回灌井法、掏土法。

4 應(yīng)急預(yù)案

4.1 鋼支撐失穩(wěn)預(yù)案

4.1.1 預(yù)防措施

鋼支撐失穩(wěn)前有拱起側(cè)彎或下沉的先兆時(shí)，要在基坑開(kāi)挖期間要加強(qiáng)對(duì)支撐的觀察。首先，要認(rèn)真分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其次，對(duì)支撐材料要嚴(yán)格把關(guān)，杜絕使用有缺陷的支撐材料。最后，要根據(jù)立柱樁的沉降情況，及時(shí)調(diào)整支撐，防止支撐因立柱樁的沉降或上抬而造成偏心，影響支撐受力。

4.1.2 搶險(xiǎn)措施

基坑未坍塌時(shí)，要在失穩(wěn)的鋼支撐旁加設(shè)鋼支撐，并施加預(yù)應(yīng)力。同時(shí)對(duì)周?chē)螐?fù)查，查找是否有支撐松弛，如果發(fā)現(xiàn)有支撐松弛，應(yīng)立即采取復(fù)加預(yù)應(yīng)力加固措施。如果支撐松弛而發(fā)生支撐失穩(wěn)，則應(yīng)立即查找周邊超載、圍護(hù)結(jié)構(gòu)背土是否流失、支撐材質(zhì)等原因，防止失穩(wěn)現(xiàn)象擴(kuò)散。

基坑已坍塌時(shí)，要立即對(duì)基坑坍塌處回填土方，并清理基坑周邊的超載。如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)背土發(fā)生土體流失，要立即填充砂或混凝土。同時(shí)對(duì)周?chē)螐?fù)查，查找是否有支撐松弛，如果發(fā)現(xiàn)有支撐松弛，應(yīng)立即復(fù)加預(yù)應(yīng)力，防止失穩(wěn)現(xiàn)象擴(kuò)散。

4.2 基坑塌陷預(yù)案

基坑施工時(shí)，要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析監(jiān)測(cè)臨時(shí)支撐和臨時(shí)立柱，嚴(yán)格按照預(yù)警值和報(bào)警值發(fā)出警示并采取相應(yīng)保護(hù)措施。還要對(duì)蓋挖區(qū)域按照荷載要求嚴(yán)格控制地面車(chē)輛荷載。

現(xiàn)場(chǎng)施工中，施工人員必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的技術(shù)方案、交底進(jìn)行施工，并嚴(yán)格遵守各項(xiàng)操作規(guī)程。

5 結(jié)語(yǔ)

近接工程的施工，不可避免會(huì)對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物造成不同程度的影響，不僅會(huì)妨礙周邊建（構(gòu)）筑物使用功能，嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致重大事故。本文以具體市政樞紐基坑工程鄰近某高層建筑為例，通過(guò)針對(duì)性數(shù)值模擬分析預(yù)測(cè)，研究了基坑工程施工對(duì)周邊高層建筑物的安全性影響，并制定相應(yīng)的施工措施，給出施工建議，以有效防止工程事故，保證工程的質(zhì)量安全，相關(guān)研究成果可供類(lèi)似工程參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

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