鄰近加油站處基坑開挖的風(fēng)險分析

王同華　郭少賢

（北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司，北京　100034）

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鄰近加油站處基坑開挖的風(fēng)險分析

王同華郭少賢

（北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司，北京100034）

摘要：結(jié)合某地鐵車站基坑工程概況，采用二維有限元軟件PLAXIS 2D建立了分析模型，計算研究了基坑開挖卸載對鄰近加油站油罐產(chǎn)生的影響，并對地鐵運營期加油站油罐爆炸風(fēng)險進(jìn)行了評估，提出了一些基坑施工的建議。

關(guān)鍵詞：地鐵車站，基坑開挖，加油站，風(fēng)險評估

隨著我國國民經(jīng)濟高速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，全國范圍內(nèi)軌道交通建設(shè)規(guī)模日益增加。而城市中加油站點也是隨處可見。軌道交通選線有時難以避開已建的加油站等既有的風(fēng)險源。因此對于地鐵車站基坑鄰近加油站的情況，我們需要重點分析評估加油站這一風(fēng)險源在基坑開挖期間的風(fēng)險問題和地鐵運營期間的出入口人員的安全問題。

1　施工期基坑開挖風(fēng)險評估分析

1.1基坑工程概況

某地鐵車站基坑采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻做圍護(hù)，采用六道內(nèi)支撐，其中第一道支撐、第三道支撐和第四道支撐為鋼筋混凝土支撐，第二道支撐、第五道支撐和第六道支撐為鋼支撐。基坑開挖深度25. 95 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度34 m，坑外降水至地表以下7 m，坑內(nèi)采用裙邊加固和內(nèi)部抽條加固結(jié)合的形式，加固深度為坑底以下4 m處。本車站基坑地層參數(shù)見表1。從表1可見，本基坑開挖范圍為深厚粉砂性土層。基坑圍護(hù)及各出入口與加油站平面布置圖見圖1。

表1　地層物理力學(xué)性質(zhì)表

圖1　某基坑圍護(hù)及各出入口與加油站的平面布置圖

1.2加油站油罐設(shè)置概況

距本基坑開挖輪廓凈距35 m處有一汽車加油站的地下油罐，具體設(shè)置見圖2。加油站油罐為一排5個30 m3的鋼制地埋式油罐，油罐尺寸為5 m（長）×2 m（寬）×3 m（高），油罐間邊緣水平距離為1 m。

圖2　基坑與加油站的平面布置圖

加油站地下油罐埋設(shè)施工方法為：放坡開挖土層至設(shè)計標(biāo)高，底部土層土質(zhì)較好，在底部土層上澆筑混凝土底板并在地板上安裝油罐支座，再將油罐安裝到支座上，用中粗砂回填并分層夯實，最后用500 mm厚回填土夯實并澆筑混凝土面層。油罐埋設(shè)剖面圖如圖3所示，現(xiàn)場施工圖如圖4所示。

圖3　油罐埋設(shè)剖面圖

圖4　油罐的埋設(shè)施工圖

1.3計算分析及結(jié)果分析

為合理反映基坑開挖卸載對加油站油罐產(chǎn)生的附加變形影響，采用二維有限元軟件PLAXIS 2D對基坑開挖產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行分析，以模擬基坑體系非線性變形下的坑周地層應(yīng)力場和位移場。

計算參數(shù)見表1，擬開挖的基坑與加油站的平面布置圖及加油站內(nèi)地下油罐的布置如圖2所示。

1.4計算結(jié)果分析

利用PLAXIS 2D建立的模型和網(wǎng)格劃分情況如圖5所示。

圖5　計算模型及網(wǎng)格劃分

開挖完成時的位移云圖，水平位移云圖如圖6所示。

圖6　水平位移云圖

水平變形云圖，最大水平變形發(fā)生在坑底角部土體處，最大值為52. 6 mm。

對于圖6中右側(cè)水平位移趨勢分析如下：主體基坑坑底角部最大位移點向加油站油罐方向的水平位移呈漸變減小趨勢。坑底角部以外8 m半徑內(nèi)水平位移約在35 mm～45 mm；坑底以外11 m～8 m半徑范圍內(nèi)水平位移約在25 mm～35 mm；坑底角部11 m半徑至油罐處水平位移約在15 mm～25 mm。

開挖完成時的位移云圖，豎向位移云圖如圖7所示。

圖7　豎向位移云圖

豎向變形云圖，坑底最大隆起量為68. 4 mm，坑外地表最大沉降量為-29. 7 mm。

對于圖7中右側(cè)豎向位移趨勢分析如下：主體地墻外1. 5 m范圍內(nèi)地面沉降不明顯，約在5 mm～15 mm之間；距離主體地墻1. 5 m～15 m范圍內(nèi)，地面沉降逐漸由15 mm增大到35 mm；距離主體地墻15 m～35 m之間，地面沉降約在35 mm～40 mm，較為平緩，也即加油罐位于地面沉降主要影響區(qū)域，沉降量較為平緩。

根據(jù)本次有限元計算結(jié)果可知：加油站各儲油罐（距離基坑最近的油罐，次近的為2號油罐，依次類推）沉降數(shù)據(jù)如表2所示，其中1號油罐沉降最大為-29. 59 mm，5號油罐差異沉降量和差異沉降率最大分別為2. 37 mm和1. 19‰，坑底最大隆起量為68.4 mm，地面沉降最大值為-29. 7 mm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移為47. 9 mm，均滿足規(guī)范要求［1］。

表2　PLAXIS 2D計算所得各油罐沉降

計算過程中發(fā)現(xiàn)地下水位降深影響相比于基坑開挖的影響而言，加油罐受降水影響明顯。另外，油罐及其上連接的輸油管道并不是固定的，而是可以靈活上下移動（見圖8），故可以忽略油罐發(fā)生沉降時對油罐其上的管道的不利影響［2］。

圖8　加油站地下油罐及其上管道連接圖

2　地鐵運營期加油站油罐爆炸風(fēng)險評估

加油站地下油罐爆炸模擬結(jié)果計算是建立在假定油罐內(nèi)部已經(jīng)充滿燃油蒸氣和空氣的混合氣體，在到達(dá)燃油蒸氣爆炸極限時，并在外部條件作用下引發(fā)油罐內(nèi)混合氣體發(fā)生了爆炸的情況。而實際油罐爆炸的影響大大小于計算結(jié)果［2］。根據(jù)規(guī)范GB 50156—2012汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范［3］表4. 0. 4，加油站外建重要建筑物的安全距離應(yīng)控制不小于50 m，另根據(jù)該規(guī)范附錄B. 0. 1，地鐵出入口、隧道出入口屬于重要公共建筑，經(jīng)測定，本工程的地鐵出入口與加油站的距離大于50 m（見圖1），滿足規(guī)范要求。因此鄰近加油站的地鐵車站附屬出入口設(shè)計滿足規(guī)范要求。

3　風(fēng)險評估結(jié)論及建議

1）通過PLAIXS 2D有限元模擬基坑開挖對附近的地下油罐的影響，有限元計算結(jié)果顯示：1號油罐沉降最大（為-29. 59 mm），5號油罐差異沉降量和差異沉降率最大（分別為2. 37 mm和1. 19‰），均滿足要求。2）加油站距離地鐵車站出入口的距離也滿足規(guī)范要求。3）鑒于各加油站修建年代不一，對于建設(shè)年代較早的加油站，其輸油管線的安全在周邊基坑施工前進(jìn)行安全鑒定。同時建議地鐵車站施工期間對其加強沉降監(jiān)測及巡檢，以便于及時掌握加油站油罐的沉降信息和有無漏氣的情況。4）鄰近基坑處的加油站是否安全主要取決于該處基坑是否安全，也即基坑自身安全的前提下，盡量減小因基坑開挖對周邊環(huán)境造成的影響。因此對于深厚粉砂性地層中坑外降水須為控制性降水不能急速降水，否則對環(huán)境影響較大。

參考文獻(xiàn)：

［1］GB 50911—2013，城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］游鵬飛，寇瑋華，魏丹.加油站地下儲油罐爆炸能量傷害結(jié)果模擬評價［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2008，10（34）：36-38.

［3］GB 50156—2012，汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范［S］.

The risk analysis on nearby gas station foundation pit excavation

Wang Tonghua Guo Shaoxian
（Beijing Urban Construction Design and Development Group Limited Company by Share，Beijing 100034，China）

Abstract：Combining with the foundation pit engineering general situation of a subway station，using the two-dimensional finite element software PLAXIS 2D established the analysis model，calculated and researched the influence of foundation pit excavation unloading to nearby gas station oil tank，evaluated the gas station oil tank explosion risk in subway operation period，put forward some advice on some foundation pit construction.

Key words：subway station，foundation pit excavation，gas station，risk assessment

中圖分類號：TU473. 2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0090-02

收稿日期：2016-01-16

作者簡介：王同華（1983-），女，碩士，工程師；郭少賢（1984-），男，碩士，工程師