地铁明挖车站施工对既有建筑物的影响分析

地铁明挖车站施工对既有建筑物的影响分析

邓长龙

中铁七局集团第五工程有限公司 河南 郑州 450000

摘要：近些年，我国各大城市大力开展城市轨道交通的修建工作。地铁车站明挖法凭借具有施工成本低、易保证质量以及工期短等优点，我国城市轨道交通地下线路中，60％的车站采用明挖法施工。但地铁一般需穿越都市繁华路段，地铁车站基坑的开挖引起的地层变形会导致周边建筑物沉降变形，如何有效控制变形，减小地铁车站施工对既有建筑的影响是亟需解决的工程问题。

关键词：地铁车站；明挖法；基坑；沉降

引言

21世纪被认为是人类开发利用地下空间的世纪。把地面土地多用于农业和居住，把地下空间多用于交通和仓储，从而使地下空间成为人类安全舒适生活的第二个空间已成为一种趋势。地铁作为该趋势下催生的产物能极大的改善地面交通拥堵的问题。地铁的选线一般都会穿过人口密集、交通繁忙、地面建筑物林立、地下管线密集的繁华地段。新建地铁对既有线(铁路、地铁)、既有建(构)筑物、桥梁、管线和道路等周边环境的安全性影响逐渐成为一个突出的问题，在地铁施工过程中，由于不可避免会对周围土体产生扰动，土体初始应力平衡被打破，引起周围地表沉降，导致周边建筑物遭受变形破坏。开展地铁邻近既有建筑物施工安全风险评估及相关研究，对降低施工过程中的安全风险，推动城市化进程的发展，具有重要的理论意义和实用价值。国内外学者对既有建筑物的破坏理论、地铁施工对既有建筑物的影响及安全性评估已进行了比较深入的研究，但仍存在一些局限。本文针对变形控制值往往依据规范或工程经验，缺少求解变形控制值的通用计算方法等局限性，创新地运用安全裕度法，将既有建筑结构的损伤程度定量化，可以更加明确的评估既有结构的安全性，为类似工程提供借鉴和参考。

1工程难点

盾构区间出现数量众多的锚索必须在盾构通过前进行处理，若不处理则会出现以下问题：1）盾构刀盘被锚索缠绕，使盾构无法正常施工，需要进行盾构开仓处理锚索，增大了施工风险；若锚索数量众多，则要多次开仓取出缠绕的锚索，大大增加了施工成本和施工风险。2）即使盾构剪断锚索，但由于锚索直径较大，盾构的螺旋输送机会被锚索卡死，造成螺旋输送器无法出土，从而影响盾构施工。综合本工程所处的地理位置和地质条件，采用合理、科学的锚索拔除方案是本工程的重点和难点。

2地铁明挖车站施工对既有建筑物的影响

2.1施工监测

房屋基础的差异沉降是造成结构变形开裂的主要原因。房屋的主要监测项目是基础的沉降变形，同时观测墙体垂直度及墙面裂纹。测点在明挖基坑施工前布置完成，观测时间为明挖及暗挖施工的全过程。房屋沉降指标一般根据专业房屋评估机构的评估结果确定，但由于正和居产权等方面的原因，评估未能顺利开展，因此结合其结构特点和施工工艺能达到的标准确定沉降指标。正和居房屋为梁跨结构，屋顶桁架跨度达13m。与普通砖混结构相比，可容许更大的差异沉降。经综合考虑将房屋的最大沉降量设为25mm。按施工阶段分解明挖阶段设为5mm，初支阶段设为15mm，二衬阶段设为5mm。施工中须加强对房屋的巡视和监测，发现特殊情况应及时调整指标。沉降分明挖阶段沉降及暗挖初支阶段沉降、暗挖初支拆除及二衬阶段沉降3个阶段。由于3个阶段间有停止施工的时段，因此可明确划分3个工序的施工时段。明挖过程中，通过开挖控制及采取袖阀管注浆等措施，将沉降控制在5mm以内。暗挖初支施工对房屋的影响最大，沉降值从明挖结束后的不足5mm达到二衬施工前的37mm，超出了预估的最大允许值，达到总沉降量的80%以上。其原因是暗挖覆土过浅，初支回填注浆时无法形成有效的封闭压力，造成注浆压力不足，开挖后房屋基础的土体松弛，无法形成对房屋基础的抬升效应；加大注浆压力浆液会从地面冒出，仍无法形成对房屋基础的注浆抬升。多导洞开挖中掌子面封闭前注浆会从导洞掌子面流出，无法提高注浆压力，平顶直墙结构也不利于控制地表沉降。在初支施工完成、二衬施工前，房屋还有一定的沉降，应是初支施工后土体固结等造成的延迟沉降。二衬施工阶段房屋未形成明显沉降，说明二衬施工方法是合理的。全部施工结束后房屋沉降也趋于稳定，除局部墙体有微裂缝外，未发现整体性破坏失稳的情况，房屋结构完好。综合分析沉降情况，初支施工是整个施工过程的关键环节。在类似工程施工中，采取措施保证初支施工期间回填注浆的压力，控制房屋沉降，是施工方法优化的方向。

2.2基坑变形控制

在车站基坑开挖前，分析基坑开挖对围护结构和周边环境的影响。基坑开挖前进行降水，降水严格按设计及降水实验进行。对地下水的处理以封堵、降排为主，结构施工前对基坑内侧渗水点进行封堵。严格控制围护结构施工质量，加强地下连续墙泥浆指标控制、成槽垂直度、水下混凝土质量、泥皮刷壁质量等关键工序。主体施工中，适时拆除钢支撑，保证受力稳定。基坑开挖遵循时空效应，即“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”，合理确定施工分段长度和放坡坡度。及时架设内支撑和施加预应力，严格控制轴力，并快速封闭基坑底板。按阶梯状控制施工主体结构，减小围护结构变形，确保周边环境稳定。

2.3变形控制值的确定

由于既有建筑物为框架结构，所以分别从框架梁和框架柱两方面进行分析，当差异沉降为3mm时，框架梁的弯矩、剪力小于设计承载力，但安全富裕度有所减少，最大弯矩验算比为86%，最大剪力验算比为13%;框架柱计算承载力均小于设计承载力，具有一定安全裕度，最大弯矩验算比为69%，最大轴力验算比为36%，最大剪力验算比为3%。当差异沉降达到5．8mm时，框架梁的弯矩已接近或超过设计承载力，无安全裕度，剪力小于设计承载力，但安全富裕度有所减少，最大弯矩验算比为99%，最大剪力验算比为13%;框架柱计算承载力均小于设计承载力，具有一定安全富裕度，最大弯矩验算比为71%，最大轴力验算比为36%，最大剪力验算比为3%。则达到差异沉降极限值5．8mm时，起控制作用的是框架梁的弯矩，柱的弯矩和剪力仍有一定的安全裕度。

2.4防水节点的预留和处理

（1）在防水体系中，明挖侧墙采用膨润土防水毯，顶板采用聚氨酯涂膜防水。暗挖的防水层为ECB防水板。施工中应做好明挖防水的预留，处理好暗挖防水与明挖防水的搭接和防水薄弱节点的加强。（2）从明挖结构施工完毕到暗挖初支施工完成开始防水及二衬施工，明挖侧墙采用的防水毯经历时间较长，易受外界水分浸泡而失效，因此预留的搭接槎应采用塑料等防水材料将预留防水毯卷裹防护。在防水层暴露期间受破桩及初支开挖等外界扰动，应采用铁皮或其他硬质材料防护。在暗挖二衬施工前铺设暗挖防水层时，应做好膨润土防水毯与ECB防水板的搭接，搭接长度不小于20cm。采用膨润土压接ECB防水板，两者间用膨润土密封胶粘贴。

结语

本文分析了该区域地质条件及草原地下商场的结构，并从基坑控制变形、冬季施工和加固草原地下商场等方面制定了相应的应对措施。通过对比地下广场沉降监测曲线与相应的连续墙墙体水平位移监测结果，评估了地下广场沉降和连续墙倾斜变化规律。结果表明，本工程施工方法和加固措施可有效控制既有建筑变形值，未对既有建筑的安全产生影响。

参考文献

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