地鐵基坑開挖對臨近建筑物的風險影響分析

陳飛 陳壽堂 羅欣宇

摘 要：按照《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》（GB50652-2011）的要求，文章對武漢地鐵7號線某車站附屬出入口基坑環境重大風險源進行識別，結合該基坑的工程地質特征、開挖深度提出合理的風險源控制措施，并采用有限元數值模擬方法，計算分析地鐵基坑開挖對臨近建筑物的影響，確保基坑工程施工時周邊建筑物的安全性，為今后類似工程提供設計施工經驗。

關鍵詞：地鐵基坑 風險分析 數值模擬

按照我國《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》（GB50652-2011）的要求，在地下工程建設前，應對周邊環境風險進行識別，對重大風險源應進行影響分析，并采取有針對性的措施降低風險源等級，確保工程安全。文章以武漢地鐵7號線某車站附屬出入口基坑開挖對臨近8層建筑物的風險影響分析為背景，提出針對性風險源控制措施，并采用有限元數值模擬方法，研究了高承壓水、軟弱土地區基坑開挖對臨近建筑物的風險影響分析，確保基坑工程的順利實施，為類似工程提供施工經驗。

1.工程概況

本車站附屬出入口位于長江一級階地，整個基坑開挖最大深度約為14.8m，開挖面積約310m2。出入口距臨近8層建筑物2.2m，該建筑物基礎形式為靜壓方樁，樁長12m。基坑開挖范圍內的巖土層主要為（1-1）雜填土、（3-2）黏土、（3-3）淤泥質黏土、（3-4）粉質黏土夾粉土、（3-5）粉質黏土、粉土、粉砂互層，基坑底部的巖土層主要為（4-1b）粉砂夾粉土、粉質黏土、（4-1）粉細砂。擬建場地地下水主要類型有上層滯水、孔隙承壓水及基巖裂隙水。孔隙承壓水主要賦存于（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，主要接受側向地下水的補給及向側向排泄，與長江水水力聯系密切，呈互補關系，地下水位季節性變化規律明顯，水量較為豐富。勘察期間承壓水頭位于地表以下3m。

2.基坑風險控制措施設計

按照《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》（GB50652-2011），8層建筑物為一般設施，明挖法基坑距建筑物的距離2.2m<0.7H（H位基坑開挖深度），臨近關系為非常接近，初步判定該環境風險等級為Ⅱ級，屬于重大環境風險源，需進行風險影響分析，并采取針對性措施確保安全。

按照國家和湖北省建筑基坑支護的有關技術規范和規定，本基坑支護工程重要性等級為一級，針對周邊建構筑物環境風險，本附屬基坑主要采取以下措施：

（1）加強支護剛度，控制基坑自身變形。本此所設計附屬基坑采用1000@1200鉆孔灌注樁加3道內支撐作為圍護結構，可有效控制基坑本身變形，減小對臨近建筑物的影響。

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

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

（4）精細化施工。挖土控制、架撐及時、嚴禁超挖。挖土應分層、對稱、均衡、限時，禁止超挖，基坑見底后應及時澆筑墊層及底板，快速封閉坑底。

3.數值模擬計算及分析

3.1有限元模型

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

3.2計算參數及施工階段模擬

每層土的參數均來自實際的勘察資料，見表1。有限元模擬施工過程如下：（1）初始應力場分析，位移清零。（2）施工建筑物及其樁基礎。（3）施工基坑圍護結構。（4）開挖第1層土，架設第1道支撐。（5）開挖第2層土，架設第2道支撐。（6）開挖第3層土，架設第3道支撐。（7）開挖第4層土。

3.3模計算結果分析

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）建筑物及基礎變形控制的標準如下：（1）高層建筑基礎的平均沉降量為200mm。（2）工業與民用建筑相鄰柱基（框架結構）的沉降差允許值為0.002L（L為相鄰柱基的中心距離）。（3）工業與民用建筑多層和高層建筑物（24

基坑開挖到底時水平位移云圖如圖2所示，豎向位移云圖如圖3所示，可看出，基坑開挖到底時，圍護結構最大水平位移為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；距離基坑最遠的一根樁，其水平位移為2.1mm；豎向沉降為3.7mm。房屋基礎位移變形值<規范允許值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，對照計算結果與建筑物變形控制標準，附屬基坑開挖引起的建筑物及基礎沉降能滿足規范要求的變形允許值。

4.結束語

綜上所述，通過對高承壓水、軟弱土地區基坑采用加強支護剛度、地基加固、控制降水、精細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險等級，基坑實施時具備足夠的安全性和可靠性。通過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，基坑殘留風險仍然存在，在施工過程中要加強監控措施，做好風險管理，從而達到控制風險、減少損失的目的。

參考文獻：

[1]GB50007-2011.建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]龔曉南.地基處理手冊（第三版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]和澄亮.地鐵既有深基坑拓寬工法及對臨近歷史風貌建筑物的保護[D].天津：天津大學，2014.