軟土地區地鐵車站深基坑鄰近建筑物環境風險控制措施研究

劉林貴，張君，謝鑫波

（北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100032）

1 引言

在我國南方軟土地區城市核心區建造明（蓋）挖法地鐵車站，不可避免地會遇到車站深基坑鄰近周邊建筑物的環境風險，如何采取有效的風險控制措施，減少基坑開挖引起的周邊建筑物的變形，確保基坑工程施工期間周邊環境的安全，是軟土地區深基坑工程的關鍵點。針對軟土地區深基坑及鄰近建筑物的變形規律，鄭翔[1]等依托寧波地鐵4 號線雙東路車站基坑工程，對施工全過程導致的鄰近建筑物和地表沉降進行監測分析，結果顯示基坑開挖引起的建筑物沉降呈現顯著的時空效應，采用鋼支撐軸力伺服系統是減小鄰近建筑物變形速率的有效措施。鋼支撐軸力伺服系統是一套智能基坑水平位移控制系統，具有低壓時軸力自動補償，高壓時軸力自動報警的功能，可以有效減小基坑開挖對周邊環境的影響[2-3]。王義盛[4]以上海某地鐵車站為例，分析了軟土地區超深基坑工程的特點及難點，提出了軟土地區地鐵車站超深基坑變形控制技術。許瑞[5]以上海某基坑工程為例，分析了工程特點并據此選擇基坑圍護方案，詳細介紹了軟土地區基坑工程設計選型與施工管控的相關措施。

2 工程概況

2.1 地鐵車站基坑概況

該車站總長182 m，標準段寬23.7 m，為地下3 層雙柱3 跨箱形框架結構，頂板覆土約3 m，底板埋深約25.43 m，車站兩端盾構井處結構寬28.3 m，底板埋深約27.23 m。車站采用半幅蓋挖順筑法施工，車站基坑圍護結構采用1.2 m 厚地下連續墻，豎向設置7 道內支撐。

2.2 工程地質及水文地質概況

擬建場區為湖沼積平原地貌，地貌形態單一，自然地面較平坦。地層從上到下依次為①1碎石填土、①2素填土、④1淤泥質黏土、④2淤泥質粉質黏土、④3淤泥質粉質黏土、⑤2粉質黏土夾粉土、⑥2淤泥質粉質黏土、⑦1粉質黏土、?粉質黏土、?2a強風化安山玢巖、?3a-1中風化上段安山玢巖、?3a-2中風化下段安山玢巖，各地層物理力學參數見表1。車站底板位于⑦1粉質黏土層，車站基坑開挖范圍內土層主要為④~⑥層淤泥質黏土、淤泥質粉質黏土層（即軟土地層）。④~⑥層軟土地層為流塑狀態，含有機質、腐殖質，為高壓縮性、高靈敏度土，施工開挖易擾動。

表1 地層物理力學參數表

擬建場區地下水類型主要是第四系松散土層孔隙潛水及基巖裂隙水，孔隙潛水主要賦存于表層填土和淤泥質土層中，地下水位埋深一般為0.9~1.7 m；基巖裂隙水主要分布于基巖內，補給來源主要為上部第四系松散土層孔隙潛水，徑流方式為通過巖體內裂隙的滲流，水量小，徑流緩慢。

2.3 基坑周邊建筑物情況

車站周邊建筑物密集，建筑物用途為住宅樓、辦公樓、商業酒店。車站周邊建筑物與車站基坑平面位置圖見圖1，建筑物結構及基礎信息、與車站基坑的距離見表2。

圖1 周邊建筑物與車站基坑平面位置圖

表2 車站周邊建筑物信息表

3 建筑物環境風險分析及變形控制值

GB 50652—2011 《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》根據環境設施的重要性及基坑與環境設施的鄰近關系，確定環境風險等級。根據該規范本工程中4#建筑物為重要設施，其余建筑物為一般設施；1#~6#建筑物均位于車站主體基坑0.7 倍開挖深度范圍內，屬非常接近。根據規范初步判斷4#建筑物為Ⅰ級環境風險，其余建筑物為Ⅱ級環境風險。從建筑物結構及基礎形式角度分析，4#建筑物為框剪結構，嵌巖樁基礎，抵抗變形的能力最好，5#建筑物次之；1#、6#建筑物雖然為樁基礎，但樁徑小，樁長短，樁基為摩擦樁，抵抗變形的能力差；2#、5#建筑物為淺基礎，抵抗變形的能力最差。從時空效應角度分析，5#、6#建筑物鄰近基坑角部或端部，空間效應明顯；其余建筑物與車站基坑長邊方向平行鄰近，接近平面應變狀態。因此，基坑開挖引起的5#、6#建筑物處的土體變形，應明顯小于其余建筑物處的土體變形。經綜合分析，并結合工程類比，本工1#、2#程建筑物的環境風險等級調整為Ⅰ級，4#建筑物的環境風險等級調整為Ⅱ級，其余建筑物環境風險等級不變。建筑物變形控制值應建筑物自身情況及其與基坑的位置關系，結合當地工程經驗確定。建筑物的變形控制值應符合現行相關規范的規定。本工程建筑物沉降控制值為20 mm，沉降速率控制值為3 mm/d，傾斜控制值為1.5‰。

4 建筑物環境風險控制措施及建筑物變形實測數據分析

為確保車站基坑施工期間周邊建筑物的安全，采取如下環境風險控制措施。

4.1 加強基坑圍護結構剛度，減少基坑側壁變形

本基坑圍護結構采用1.2 m 厚地下連續墻，豎向設置7 道內支撐，其中第一、五道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。第一道混凝土支撐截面尺寸為1 000 mm×1 200 mm，第五道混凝土支撐截面尺寸為1 000 mm×1000mm，鋼支撐外徑800 mm，壁厚16 mm。本基坑全部鋼支撐均采用伺服系統，同時適當增大鋼支撐預加軸力，嚴格控制基坑側壁變形。同時，為了減少基坑的長邊效應，更好地控制1#、2#建筑物的變形，在基坑鄰近1#、2#建筑物位置處設置兩道中隔壁地連墻（見圖1），將182 m長的基坑分3 個倉開挖，待各分倉內的主體結構施作完成后再鑿除中隔壁地連墻。通過以上基坑圍護結構加強措施，最大限度地降低基坑開挖階段的圍護結構變形，從而減少了基坑開挖對周邊建筑物的影響。

4.2 加強基坑工程地下水控制措施

本基坑地連墻底嵌入中風化安山玢巖1 m，地連墻采用工字鋼接頭，形成落底式止水帷幕，在基坑內設置疏干降水井，將降水范圍控制在地連墻內，同時在基坑開挖過程中及時封堵側壁滲水點，減少因地下水降水或滲漏而引起的建筑沉降。

4.3 采取槽壁加固措施

為減少地連墻施工期間引起的建筑物變形，對建筑物1、2位置處的地連墻進行槽壁加固 （見圖1），槽壁加固采用直徑850 mm，間距600 mm 的雙軸攪拌樁，加固深度為地面下14 m。

4.4 基坑開挖過程控制

基坑開挖遵循時空效應，先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖。根據工程特點，合理確定施工分段長度和放坡坡度。及時架設內支撐和施加預應力，嚴格控制軸力，快速封閉基坑底板，減小圍護結構變形，確保周邊環境穩定。

4.5 加強監控量測

重點關注周邊建筑物的變形監測，根據監測結果調整施工參數，做到信息化施工。建筑物變形監測數據預（報）警時，及時召開專題會，確定建筑物安全后方可進行下一步工序施工。

本工程實測建筑物變形數據見表3。

表3 建筑物變形實測數據表

監測數據顯示，除1#、2#建筑物累計沉降值超過控制值外，其余建筑物的累計沉降均未超過控制值；建筑物的累計傾斜均未超過控制值；3#~5#建筑物的沉降值明顯小于1#、2#建筑物，這表明前文對基坑周邊建筑物的風險分析是合理的。雖然1#、2#建筑物累計沉降超過控制值，但建筑物傾斜較小，沉降較為均勻，經檢測機構檢測，不影響建筑物正常使用。

5 結語

本文以某軟土地區地鐵車站深基坑工程為例，對基坑周邊鄰近的不同結構及基礎形式的建筑物進行了環境風險分析，確定了不同建筑物的環境風險等級，并采取了針對性的環境風險控制措施。通過對工程實測建筑物變形數據的分析表明，本文對基坑周邊建筑物環境風險的分析及所采取的風險控制措施是合理可靠的，可以為類似工程提供參考。