地鐵車站基坑開挖對鄰近管線、建筑物影響作用研究

摘要：在現代化城市建設的進程中，人口數量的激增導致地面交通壓力迅速增加，為了切實有效的緩解地面交通運輸的壓力，我國各大城市開展了地鐵工程建設，通過開發(fā)地下空間用于交通運輸，從而更為有效的提升城市的交通運輸效率。由于地鐵工程中的車站建設通常位于建筑物密集區(qū)域，因此在施工工作的落實中就必須全面考慮其基坑開挖對周邊環(huán)境的影響。本文首先闡述了地鐵車站基坑開挖對周邊環(huán)境的影響，再從臨近管線及周邊建筑物兩個方面對地鐵車站建設的影響進行了針對性分析。

關鍵詞：地鐵車站建設;基坑開挖;管線及建筑物;影響作用

1.基坑開挖對周邊環(huán)境影響作用概述

在地鐵車站建設工程的開展中，基坑開挖作為一項結構空間建設工程，其目的是以結構空間取代巖土空間，并在保持原有地層穩(wěn)定性的基礎上開展工程建設項目。由于地鐵車站建設中基坑的開挖對土體結構產生了直接的影響，因此工程開展必定會造成周邊地層結構的破壞并形成擾動，進而改變地基初始的應力狀態(tài)，進而導致土體結構發(fā)生位移與形變。就地鐵車站建設基坑開挖工程對周邊環(huán)境的影響作用進行分析，主要涉及到的內容包括對地下鄰近管線的影響和地表建筑物的作用，因此為了在開展地鐵工程建設的同時最大限度的控制地表及土層結構的形變量，就必須在分析基坑開挖影響作用的基礎上落實防治措施，防止工程建筑對既有工程建筑產生影響。

2.地鐵車站基坑開挖對臨近管線影響作用探究

2.1臨近管線位移規(guī)律分析

地鐵車站基坑開挖的施工過程中，主要涉及到的管線包括煤氣與給水管線，通訊管線及電力管線等，其中煤氣、給水管線與電力管線對工程施工有著一定的要求，通訊管線對基坑開挖施工的要求則不高。在對煤氣、給水管線和電力管線進行位移規(guī)律分析時，需要結合地鐵車站基坑施工的具體情況對測點進行位移監(jiān)測。以南京地鐵4號線中保車站基坑工程施工為例，在2013年初期的工程施工中，各管線的沉降位移量基本為零，隨著基坑開挖工程的逐漸開展，沉降數值逐漸增加，到了工程施工的后期，數值浮動程度迅速變大，這也使得管線的出現破壞的可能性成倍增加，但在對管線施加支撐后，沉降位移的變化則迅速減小，最終趨于穩(wěn)定。

2.2管線力學特性及影響機理分析

地鐵車站建設中基坑開挖會直接引發(fā)土體變形，因此依據彈性理論進行分析，基坑的開挖會破壞不同土體單元所受的穩(wěn)定應力結構。在應力結構發(fā)生改變的狀態(tài)下，土體位移便會出現，而位于土體內部的管線結構也必定會因土體應力變化而發(fā)生位移。在對基坑開挖中的管線進行力學特性分析時，可以從縱向應力，徑向應力和環(huán)向應力三個角度出發(fā)。受管線所處環(huán)境溫度與內外壓力差等因素的影響，電力輸送管線在內部溫度升高的狀態(tài)下，將會發(fā)生環(huán)向膨脹，這便會導致其縱向應力收縮，煤氣與給水管線也會因水平位移的產生而發(fā)生彎曲，進而增大管線的縱向彎曲應力。管線徑向應力通常是由與內外壓力的共同作用產生的，而環(huán)向壓力的產生則更多的是由管線內壓引起的。

2.3地下管線平面應變數值模擬

在對地鐵車站基坑橫斷面進行研究時，為簡化工程計量過程，可以將管線位置這一三維問題簡化到基坑橫截面這一平面圖形中，進而利用平面應變數值模擬實現對基坑開挖工程的有效指導。在地下管線的平面應變數值模擬中，首先要對土體與管線自重而引發(fā)的沉降作用進行計量，并對土體自重所造成的自身位移進行消除。在基坑的開挖施工中，要在開挖到不同深度時施加內支撐，并度內支撐施加前后管線的沉降值進行對比計算，從而進一步明確基坑模型土體的實際沉降情況，豐富基坑管線平面的應變數值，促進數值模擬準確性的穩(wěn)步提升。

3.地鐵車站基坑開挖對建筑物影響作用研究

3.1基坑開挖中的變形問題分析

地鐵車站基坑工程施工對鄰近建筑物產生影響的主要原因在于施工中土體，圍護墻等結構發(fā)生變形。土體結構變形是由于土體原始應力結構被破壞而引起的，在基坑的開挖施工中，土體的卸荷處理會影響其應力結構，加之土體中負孔隙水壓力的產生，也會使軟化膨脹的土體進一步隆起變形。此外，地鐵車站基坑的圍護結構建設也會導致土體發(fā)生位移形變，內外側土層結構壓力的不均勻，便會直接導致圍護墻，支護結構等發(fā)生沉降變形。由此可見，基坑開挖中變形問題出現的主要原因在于地基強度與剛度的失穩(wěn)，為最大限度的保障地鐵車站鄰近建筑的穩(wěn)定性，就必須針對失穩(wěn)問題加以處理。

3.2地表變形的預測及估算

在對地鐵車站基坑建設地表形變量進行測量時，主要采用的方法是理論結合經驗對地表的最大沉降量及沉降位置進行預測與估算。在采用施工效應法進行地表沉降量的估算中，地表發(fā)生的最大沉降量是由支撐結構多天引起的沉降量與非正常因素所產生沉降量所共同決定的。在基坑開挖的過程中及施工后期，都要對基坑鄰近的地層擾動進行計量，并結合施工效應法估算得出的地表沉降量，最終在對土體進行分層與分塊開挖的施工基礎上，結合土體結構變化狀況加強圍護墻支撐，從而實現對地表土層結構的有效穩(wěn)固，避免地鐵車站基坑開挖對鄰近建筑物產生影響。

3.3地表變形對建筑物的損傷與評估

建筑物損傷的內容主要包括樓板，飾面等外觀結構損傷，以及樓板傾斜或門窗失效等功能損傷。在地鐵車站基坑的開挖施工中，由于地表沉降量超過預測范圍，通常會導致地表出現凹陷或發(fā)生一定程度的水平位移，進而使建筑物出現上拱或凹陷等變形，因此為了降低地鐵車站基坑開挖對臨近建筑結構的影響，就要在基坑開挖工作開展的同時，對地表變形所引起的建筑物損傷進行評估。在對建筑物損傷進行評估的過程中，可以將建筑物墻體模擬為深的簡支梁，并結合其慣性模量與荷載的計算，評估地表形變所能夠引發(fā)的最大損傷程度，并通過梁彎曲度以及兩端轉角等數據進行更為直觀的呈現。

3.4建筑物影響作用防治措施探究

在地鐵車站的基坑開挖施工中，為有效控制土體施工對地表建筑物的影響，應首先針對不同結構的土體進行治理，如在軟土地基中鋪設砂墊層，采用空心構建設置地下室以減少地基壓力等，在對土體結構進行改良后，再針對地面變形與斜坡變形等形變因素進行治理，主要包括地基推滑力控制，抗滑力提升以及提高土體強度等，從而使基坑結構在地基穩(wěn)定性的基礎上實現最大限度的沉降量控制，避免地表土層結構的沉降與形變，并實現對地表鄰近建筑物結構穩(wěn)定性的有效維護。

4.結語

為了在開展地鐵車站建設工程的過程中，最大限度的避免其對周邊管線及建筑物的影響，就要在基坑開挖的前期對基坑深度，圍護結構以及工程施工導致的土層結構形變等進行充分的計量與分析，并在基坑開挖的施工中根據管線位移及建筑物地基沉降等實際狀況，及時的對施工方案進行調整，從而在保障既有建筑結構穩(wěn)定性與管線安裝有效性的前提下，科學合理的開展地鐵車站建設，為現代化城市工程建設施工的協調穩(wěn)定提供更為有力的保障。

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