河漫灘區地鐵基坑工程周圍地表沉降分析

宋晉鵬

（山西工程科技職業大學，山西 晉中 030600）

0 引言

隨著城市規模的不斷擴大和人口的不斷增長，交通擁擠問題日益突出，成為制約城市發展的重要因素[1]。

地鐵是在城市中修建的快速、大運量、用電力牽引的軌道交通，具有節省土地、減少噪音、節約能源、減少污染等優點，能夠有效緩解城市出行困難的問題[2]。但同時，地鐵施工也面臨著工程地質復雜、工程建設規模大、技術要求要、協調難度大、安全風險大等問題，尤其是在特殊巖土地區進行地鐵建設，面臨的施工問題更加嚴峻。

河漫灘是河道變遷以后，形成的地形較低、平整，軟土層比較穩定，部分土層還在固結過程中的區域[3-5]。河漫灘區域工程地質條件較為復雜，進行地鐵施工可能會對周邊環境造成嚴重影響，尤其是基坑周邊的沉降問題，會嚴重影響既有建筑物的穩定和安全。基于此，本文結合松花江河漫灘區地鐵車站基坑工程，分析基坑周邊地表沉降情況，以供設計和施工人員參考。

1 工程概況及工程地質條件

1.1 工程概況

某地鐵車站位于松花江河漫灘區，地鐵車站環境較為復雜。一個框架結構的酒店位于車站的西南側，共18 層，距離車站基坑最近處為6m；南側是一個淺基礎的四層磚混結構醫院，和車站基坑距離最近處為2.40m。場地周邊環境平面布置圖如圖1所示。

1.2 工程地質條件

該場地巖土層從上至下依次為雜填土、粉質粘土、粉砂、粉質粘土、中砂、粉質粘土和砂礫。工程場地部分土體物理力學指標如表1所示。

表1 工程場地土層特征與物理力學指標

2 基坑周邊地表沉降監測分析

2.1 監測斷面布置

為了分析基坑工程施工對周邊環境的危害情況，需要對基坑周邊地表進行實時監測，監測斷面如圖2所示。

圖2 基坑周邊地表監測斷面圖

2.2 監測結果分析

提取基坑周邊地表沉降的監測數據，繪制地表沉降曲線圖，如圖3 所示。由圖3 可以可知，基坑開挖的前中期周邊地表沉降相對均勻，沒有出現極值點；而在基坑開挖的后期，周邊地表沉降出現了極大值點；地表沉降在距離基坑13.4m 處達到最大，其值為-8.27mm。

圖3 實測基坑周邊地表沉降曲線圖

3 基坑周邊地表沉降模擬分析

3.1 模型建立

結合基坑開挖實際情況，運用大型有限元分析軟件，對基坑開挖過程中周邊地表的沉降情況進行了全過程模擬，計算模型采用MIDAS-GTS NX 構建。模型中采用D-P（德魯克-普拉格）本構模型模擬土體的彈塑性行為。基坑開挖三維計算模型如圖4所示。

圖4 基坑開挖三維計算模型

3.2 模擬結果

根據有限元模型中基坑周圍地表沉降數據，按照距離基坑的遠近繪制地表沉降曲線如圖5。

圖5 基坑周圍地表沉降位移曲線圖

由圖5 可以得出，距離基坑邊緣的地表出現隆起，其最大隆起量為1.97mm。隨著距離基坑越遠，周圍地表的沉降量出現逐漸增大的趨勢，在距離基坑13m 的位置處沉降量最大，為-7.18mm；之后，地表沉降量逐漸減小，直到距離基坑30m處沉降為0mm。

3.3 模擬結果與監測結果對比

根據有限元模型中基坑地表沉降數據，提取第四次開挖時的地表沉降數值并與施工第95 天的監測數據進行對比繪制曲線如圖6。

圖6 地表沉降對比曲線圖

由圖6 可知，數值模擬的曲線在實測數據曲線的上方，說明數值模擬的數值均小于實測數值，其原因為在數值模擬計算中并把支撐安裝時效性對支撐受力的影響考慮在內。兩條曲線均比較平滑，均在距離基坑13m 左右出現沉降最大值。在實測曲線中基坑沒有隆起而數值模擬中基坑卻出現了隆起，究其原因為數值模擬是一個整體的過程，考慮的施工時間較短、影響因素較少，而在監測數據中，施工上連續墻連接處夾泥和輕微的滲漏導致前期強度剛度的發揮欠佳等都會影響基底邊緣土體的沉降位移。

4 既有醫院加固前后地表沉降分析

4.1 醫院建筑加固措施

從上述基坑周邊地表沉降監測與有限元分析結果可知，基坑開挖對臨近建筑物影響較大。該基坑周圍臨近建筑物較多，其中南側為四層磚混結構醫院，淺基礎，且為歷史建筑，距離基坑內壁最小距離僅為2.40m。

為了保證醫院的安全，對醫院采取保護措施，主要是在醫院地下連續墻外側加設咬合樁（Ф1200@800，咬合800）作為保護措施[6]，咬合樁的構造見圖7所示。

圖7 咬合樁示意圖

4.2 加固前后醫院沉降分析

在既有臨近建筑物（醫院）基礎下側無加固措施情況下與在既有臨近建筑物（醫院）基礎外側打排樁加固措施工況下做數值模擬分析，分別提取數據并繪制曲線如圖8和圖9。

圖8 醫院無加固沉降曲線圖

圖9 醫院有加固沉降曲線圖

由圖8和圖9可知，醫院基礎下側無加固措施情況下基礎下方的最大沉降值為-25.14mm，醫院基礎下側有加固措施情況下基礎下方的最大沉降值為-11.07mm。加固后建筑物的沉降相對小并且穩定，最大沉降的位置也發生了變化。因此在基坑施工過程中，對既有臨近建筑物地基采取合理加固措施后沉降大大減小，有效降低了工程施工風險。

5 結束語

本文結合松花江河漫灘區地鐵車站基坑工程，首先利用工程監測的方法對基坑周圍地表沉降情況進行了分析，再利用有限元數值模擬的方法對基坑周圍地表沉降情況進行了分析，并對比分析了兩種方法得到的結果，認為數值模擬得到的沉降值比工程監測得到的沉降值要小，但是兩種方法得到的結果在距基坑不同位置處的沉降變化趨勢相同。最后，對既有建筑物加固前后的沉降模擬結果進行了分析，肯定了加固效果。