地下變電站基坑開挖對周圍環境的影響分析

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

【關鍵詞】地下變電站；周圍環境的影響

近幾年是上海電網建設及地鐵工程建設的高峰期。目前，幾個為地鐵工程配套的地下變電站以及電力系統內的地下變電站已陸續竣工。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測數據分析，總結全地下變電站施工對周邊環境的影響。

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，現已投運。其主體結構為地下三層現澆鋼筋混凝土板墻結構，地面僅留樓梯出入口及進排風口。地下連續墻外包平面尺寸為：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，連續墻最大水平位移設計值為26mm。

從搜集到的110kV巨峰路主變電站基坑工程施工監測單位（上海市地質勘查技術研究院）的《信息化施工監測成果報表》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。施工現場共有10個分布在基坑四周地下連續墻內的測斜管，其中8個測點的地下連續墻水平位移數據在24mm～26mm，1個為27mm，1個為31mm；共有24個地表沉降監測點，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值集中在7mm～11mm，距基坑10m左右的測點數值集中在-7mm～-26mm。

110kV巨峰路主變電站的基坑變形設計值與實測數據非常接近，可以說，設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，現已投運。其主體結構為地下三層現澆鋼筋混凝土板墻結構，地面為樓梯出入口及進排風口。地下連續墻外包平面尺寸為：28.5m×58m，基坑開挖深度為17.35m。基坑支護體系為：800mm厚地下連續墻，第1道鋼筋混凝土支撐加5道鋼支撐。基坑坑底以上3m，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墻外邊緣距離2號線西延伸段盾構區間隧道18.3m，且主變電站基坑開挖期間，2號線西延伸段正處于調試階段。由于2號線西延伸段盾構區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測單位（上海輝固巖土工程技術有限公司）的《施工監測數據日報表》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。施工現場共6個分布在基坑四周地下連續墻內的測斜管，地下連續墻水平位移數據在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，距離基坑東側連續墻6m遠處的3層混凝土房屋沉降值為27mm～37mm， 距離基坑東側連續墻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號線西延伸段盾構區間隧道內共有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計值與實測數據有較大出入，這與110kV北新涇主變電站基坑開挖速度慢等施工原因有關，并且基坑變形實測數據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測數據可以看出，即使基坑變形控制質量一般，出現了較大變形，但2號線西延伸段盾構區間隧道和距離基坑稍遠的管線及房屋都沒有出現大的變形沉降，主變電站的基坑施工對其影響很有限。距離基坑東側連續墻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，現已投運。其主體結構為地下三層現澆鋼筋混凝土板墻結構，地面僅留樓梯出入口及進排風口。地下連續墻外包平面尺寸為：34m×50m，基坑開挖深度為18.2m。基坑支護體系為1000mm厚地下連續墻，4道鋼筋混凝土支撐。為保護M8線區間隧道，應上海地鐵運營有限公司的要求，基坑內外高壓旋噴全斷面裙邊加固。

110kV多倫變電站的現場施工條件較差，距離M8線區間隧道僅13.4m。由于M8線區間隧道位于多倫變電站基坑一倍開挖深度以內，基坑保護等級定為一級。本工程采用啟明星軟件計算，連續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測單位（上海市地質勘查技術研究院）的《110kV多倫變電站基坑變形量監測報表》及上海地鐵運營有限公司監護分公司的《多倫變電站施工地鐵八號線虹口足球場站監測成果表》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。施工現場共14個分布在基坑四周地下連續墻內的測斜管，其中12個地下連續墻水平位移數據在22mm～25mm，1個為27mm，1個為28mm；共5根地下管線受監測，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的監測點沉降值為6mm～8mm，距離較遠的監測點沉降值為3mm～5mm；周圍鄰近建筑物共布置11個房屋沉降觀測點，距離基坑連續墻8m遠的房屋沉降值為6mm～8mm。 在M8線區間隧道內共有22個沉降觀測點，最大沉降14mm；虹口足球場站廳、站臺內的最大沉降值為9mm。

110kV多倫變電站的基坑變形設計值與實測數據非常接近，達到了一級基坑保護等級的要求。為保護M8線區間隧道， 110kV多倫變電站的基坑監測數據是最全面和精確的。從監測數據可以看出，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境影響的控制是令人滿意的，對M8線區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境監測數據，我院目前的基坑設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據與設計計算值差異較大，主要是施工開挖慢等問題造成，并且實測數據也達到二級基坑保護等級要求。因此可以說，我院設計的地下變電站對周邊環境的影響是控制良好的，同時施工單位現場控制與質量控制也很關鍵。

（2）距離基坑10m范圍內，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。從以上數據可以看出，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，一般應考慮加強施工控制及施工質量，其次是在設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過的基坑，應地鐵運營有限公司的要求，應該加強基坑變形控制。但是從110kV北新涇主變電站（距離2號線北延伸區間隧道18.3m）和110kV多倫變電站（距離M8線區間隧道13.4m）的監測數據來看，2號線北延伸區間隧道沉降值僅3mm，M8線區間隧道沉降值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生的對地下變電站周邊管線、建構筑物及地鐵隧道等周邊環境的影響。此外，基坑開挖時的降水對地下變電站周邊的建構筑物也有一定的影響，目前，主要通過采取坑內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計計算值、實際施工監測值做對比分析，以期找到更一般的規律，為以后的設計提供參考。