地鐵車站施工對(duì)周邊環(huán)境的影響研究

摘要：基坑開挖過程中，周圍環(huán)境易受土體卸荷不均勻沉降的影響。通過分析某地鐵車站工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，研究開挖地鐵車站基坑對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂水平位移、支護(hù)墻頂豎向位移以及基坑周邊建筑物沉降的影響，主要得到以下成果：支護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂距離基坑中心越近的擋墻，墻頂水平位移值越小，且最大水平位移值為5.0mm，小于水平位移控制指標(biāo)值;各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移值的變化趨勢(shì)基本相同，均表現(xiàn)為先增大后減小的變化趨勢(shì)，在開挖施工完成基本保持穩(wěn)定，最大豎向位移為7.6mm，小于豎向位移控制指標(biāo)值，最大沉降為4.80mm，不會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降破壞;建筑物沉降表現(xiàn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離基坑間距越遠(yuǎn)，沉降值越小，最大沉降值為10.5mm，小于建筑物沉降控制指標(biāo)值，最大不均勻沉降為11.1mm，建筑物不會(huì)發(fā)生不均勻沉降。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;基坑;監(jiān)測(cè);沉降;位移

0" "引言

地鐵車站開挖過程中由于土水壓力卸荷作用下，會(huì)導(dǎo)致基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境、周邊建筑物的變形。針對(duì)地鐵車站基坑開挖過程的變形問題，許多專家學(xué)者采用了不同的研究方法對(duì)地鐵車站基坑開挖過程進(jìn)行分析，并取相應(yīng)的研究成果。

應(yīng)宏偉等[1]對(duì)某坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑施工過程中的變形進(jìn)行分析，并研究其安全范圍內(nèi)的最大值;結(jié)果表明，當(dāng)樁頂水平位移值小于16mm時(shí)，均保持穩(wěn)定。楊有海等[2]分析了不同內(nèi)支撐形式對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響，得出采用下部密和上部疏的高剛度樁體，可以有效減小支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。童建軍等[3]采用離散元的分析方法，研究了某基坑開挖對(duì)周邊地表沉降的影響。閆建龍等[4]通過建立ABAQUS數(shù)值分析模型分析了某地鐵車站施工時(shí)，基坑內(nèi)支護(hù)、冠梁、支撐樁體對(duì)抑制變形的作用效果。朱瑤宏等[5]對(duì)多地鐵車站支護(hù)擋墻的水平位移進(jìn)行分析，得到合理位移范圍。黃云龍[6]對(duì)某地鐵車站基坑工程建立ANSYS二維數(shù)值分析模型，分析了基坑開挖過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形特征。聶慶科等[7]依據(jù)雙排樁支護(hù)基坑施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，研究了基坑變形及土壓力分布特征。李竹等[8]對(duì)開挖基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)分析了不同樁組合形式對(duì)于基坑變形的影響。

基于前人的研究，本文擬通過分析定安路站地鐵車站工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，研究開挖地鐵車站基坑對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂水平位移、支護(hù)墻頂豎向位移以及基坑周邊建筑物沉降的影響，分析該基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1" "工程概況

本文以定安路站地鐵車站為研究對(duì)象，該地鐵車站工程為三層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)采用箱型框架結(jié)構(gòu)，基坑斷面近視長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為185.0m，寬為23.2m，基坑地板埋深約為24.50m左右，地鐵車站施工采用明挖法施工。車站周邊建筑群落較少，僅在北側(cè)有一棟混凝土框架結(jié)構(gòu)、混凝土樁基的建筑物，與地鐵車站交集的天然氣管線、市政管線等地下管線較多。

根據(jù)相關(guān)勘測(cè)資料可知，地下水分布主要為潛水，含水層主要分布在Ⅴ卵石層。該地層透水性好，厚度較大，適合儲(chǔ)水。Ⅶ強(qiáng)風(fēng)化砂巖、Ⅷ中風(fēng)化砂巖巖層地下水主要為巖石裂隙孔隙水，地下水位于地下5.5～7.2m范圍，地下水位主要受季節(jié)影響，年地下水變化幅度約為2.0m。

該基坑開挖深度設(shè)計(jì)值為24.0m，支撐結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)形式。地下連續(xù)墻總高度30.0m，入土深度6.0m，連續(xù)墻采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40混凝土。在豎向上，共設(shè)有4道鋼筋混凝土內(nèi)支撐以及一道換撐的支撐形式，其中第一道內(nèi)支撐采用800mm×800mm的鋼筋混凝土斷面，每隔9.0m設(shè)置一道支撐。除第一道鋼支撐外，其余支撐采用Φ609，壁厚15mm的鋼管混個(gè)凝土支撐，每隔3.0m設(shè)置一道支撐。

2" "監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.1" "監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

為確保地鐵車站施工過程中周圍環(huán)境的穩(wěn)定，對(duì)該工程周圍管線、地下連續(xù)墻、周邊建筑物等進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè)。圖1為基坑方位及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖。表1為監(jiān)測(cè)對(duì)象及控制指標(biāo)。

2.2" "監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.2.1" "支護(hù)墻頂水平位移

地鐵車站施工過程中，由于基坑內(nèi)土體開挖的卸荷作用，墻后土體的壓力作用會(huì)引起支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，通過監(jiān)測(cè)擋墻墻頂位置的水平位移，可以分析出墻土壓力的變化情況及內(nèi)支撐的支護(hù)效果。支護(hù)墻頂位置的水平位移直接反映了基坑側(cè)壁的變形大小，進(jìn)而影響基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為此支護(hù)墻頂水平位移值直接反應(yīng)基坑施工過程中的位移及穩(wěn)定性。本文通過分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQS10、ZQS13、ZQS14以及ZQS17的實(shí)測(cè)結(jié)果，分析支護(hù)墻頂水平位移的變化規(guī)律。圖2為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移值。

分析圖2中的數(shù)據(jù)，支護(hù)墻頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移在不同階段的變形值是不同的。在基坑開挖過程中，水平位移值不斷變化且呈增大的變化趨勢(shì)。在開挖完成后，基坑內(nèi)支撐起到抑制變形的作用，進(jìn)而監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移值逐漸減小，支護(hù)墻頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移值也趨于平穩(wěn)。

對(duì)于不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)，ZQS10最大水平位移值約為4.0mm，ZQS13最大水平位移值約為5.0mm，ZQS14最大水平位移值約為3.0mm，ZQS17最大水平位移值約為1.0mm。ZQS10、ZQS13、ZQS14以及ZQS17在平面位置上，表現(xiàn)為與基坑中心距離逐漸增大的變化趨勢(shì)。基坑擋墻水平位移值呈現(xiàn)空間不均勻分布，距離中心越近的擋墻水平變形越小，對(duì)應(yīng)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移（分別為3.0～4.0mm、1.0～5.0mm、1.0～3.0mm、-1.0～1.0mm）均小于控制指標(biāo)值（25.0mm），表明該基坑在支護(hù)擋墻及內(nèi)支撐作用下水平位移受到明顯約束，基坑擋墻在水平位移影響下可以保持穩(wěn)定。

2.2.2" "支護(hù)墻頂豎向位移

本文通過分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQC7-13、ZQC7-14以及ZQC7-17的實(shí)測(cè)結(jié)果，分析支護(hù)墻頂豎向位移的變化規(guī)律。圖3為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移值。

由圖3可得，隨著地鐵車站基坑開挖的進(jìn)行，開挖深度逐漸增大，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移值均出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)。但各監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移值的變化趨勢(shì)基本相同，均表現(xiàn)為先增大后減小的變化趨勢(shì)，在開挖施工完成基本保持穩(wěn)定。

分析其原因，主要是由于基坑開挖的過程是一個(gè)土體卸載的過程，基坑內(nèi)土壓力值逐漸減小，基坑內(nèi)、側(cè)壁的水土壓力不均勻值不斷增大，進(jìn)而引起基坑底部出現(xiàn)隆起的現(xiàn)象。因?yàn)閾鯄?cè)壁均存在不均勻水土壓力作用，所以基地在側(cè)壁周圍隆起變化基本相同，帶動(dòng)擋墻在豎直方向上向上移動(dòng)。

當(dāng)基坑施作完成后，基坑內(nèi)鋼支撐作用增強(qiáng)，基坑內(nèi)外不均勻荷載逐漸減小，豎向位移值也就逐漸減小。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移峰值位置處，由于施加了第二道鋼支撐，進(jìn)而減小了基坑內(nèi)外壓力差。該時(shí)間點(diǎn)后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移值均出現(xiàn)較大幅下降。

ZQC7-13在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)最大豎向位移變化值約為6.30mm，ZQC7-14在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)最大豎向位移變化值約為7.60mm，ZQC7-17在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)最大豎向位移變化值約為5.30mm，均小于控制指標(biāo)值（25.0mm）。在基坑開挖過程中，地下連續(xù)墻會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降。地下連續(xù)墻沉降差過大會(huì)直接導(dǎo)致冠梁的不平衡荷載，甚至導(dǎo)致基坑結(jié)構(gòu)體的破壞。該基坑工程地下連續(xù)墻最大沉降差約為4.80mm，沉降差較小，處于安全值（10.0mm）范圍內(nèi)。

2.2.3" "基坑周邊建筑物沉降

基坑開挖過程中，由于基坑內(nèi)外土水壓力不均勻荷載作用，會(huì)引起周邊環(huán)境的不均勻沉降，易導(dǎo)致周邊建筑物的開裂、傾斜，為此需要對(duì)建筑物的沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而控制不均勻沉降。

本文以基坑北側(cè)的一建筑物為研究對(duì)象，在該建筑物周圍布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)JGC1、JGC3、JGC5、JGC7、JGC9，監(jiān)測(cè)到的沉降值如圖4所示。由圖1可以看出，JGC1、JGC3、JGC7、JGC9布置于基坑開挖平行方向，JGC3、JGC5、JGC7布置于基坑開挖垂直方向。

由圖4可以發(fā)現(xiàn)，JGC1、JGC3與JGC5、JGC7、JGC9監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)不同，監(jiān)測(cè)點(diǎn)JGC1、JGC3的沉降值與時(shí)間相關(guān)性較強(qiáng)。在基坑開挖初期，沉降值大幅增加，主要是由于JGC1、JGC3監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離基坑較近，基坑土體卸荷作用下導(dǎo)致沉降量突變。在基坑完成后施加第三道鋼支撐，因而8月19日之后，兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降趨于穩(wěn)定。對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)JGC5、JGC7、JGC9，基坑開挖后，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降較為穩(wěn)定，變化幅度較小。其中在8月5號(hào)與8月19號(hào)分別施加第二、三道鋼支撐后，沉降曲線變化均逐漸變緩。

5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，總體上均有不同程度的沉降，其中JGC1、JGC3的沉降值較大， JGC7、JGC9的沉降值較小，JGC5介于前述兩沉降趨勢(shì)之間。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值與監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離基坑間距呈負(fù)相關(guān)。其中，最大沉降為監(jiān)測(cè)點(diǎn)JGC1 8月19號(hào)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，沉降值為10.5mm，小于周邊建筑物沉降值的限定值（30mm），說明該建筑物沉降處于安全范圍。該建筑物在8月19號(hào)的沉降差最大，最大值為11.1mm，沉降差較小，由此判定該建筑物不會(huì)出現(xiàn)傾斜、開裂等破壞。

3" "結(jié)論

本研究以定安路站地鐵車站工程為研究對(duì)象，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的分析方法，對(duì)施工基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂水平位移、支護(hù)墻頂豎向位移以及基坑周邊建筑物沉降進(jìn)行分析，驗(yàn)證該基坑開挖的穩(wěn)定性，主要得到以下結(jié)論：

支護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂最大水平位移值為5.0mm小于水平位移控制指標(biāo)值，且距離基坑中心越近的擋墻，墻頂水平位移值越小。

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移值的變化趨勢(shì)基本相同，均表現(xiàn)為先增大后減小的變化趨勢(shì)，在開挖施工完成基本保持穩(wěn)定，最大豎向位移為7.6mm小于豎向位移控制指標(biāo)值，且最大沉降為4.80mm，由此判定建筑物不會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降破壞。

建筑物沉降表現(xiàn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離基坑間距越遠(yuǎn)，沉降值越小，最大沉降值為10.5mm小于建筑物沉降控制指標(biāo)值，最大不均勻沉降為11.1mm，由此判定建筑物不會(huì)發(fā)生不均勻沉降破壞。

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