地铁车站基坑开挖施工对周边环境的影响

地铁车站基坑开挖施工对周边环境的影响

刘太阳 ,李扬 ,黄成

中建铁路投资建设集团有限公司重庆市400000

摘要：近年来，随着我国城市化水平不断提高，汽车逐渐普及化，导致出行问题成为制约城市发展的热点问题。由于城市有限的地面空间无法满足人们对出行的需求，因此地下轨道的建设迫在眉睫。在如今的城市竞争当中，北、上、广、深等大都市圈轨道交通的建设打开了新一轮的城市竞争的新格局。在轨道交通发展过程中，地铁车站基坑的建设成为了轨道交通发展过程中关注的重点。基坑的建设呈现大、紧、深、近等特点，这就在基坑的建设技术与安全方面，提出了更高的要求。

关键词：基坑开挖；地面沉降；周围建筑物

中途分类号：TV5文献标识码：A

引言

随着城市化不断加快，人口的不断增多，城市的交通拥堵程度不断加剧。为了缓解城市的交通压力，国内大中城市地铁陆续修建了多条地铁。地铁车站的建设是地铁建设过程中的难题之一。地铁车站大多数均位于地下，埋深一般较深，深基坑开挖过程中，不可避免地会对周边构造物造成不同程度的影响。

1 开挖施工对周边环境的影响研究

1.1 地表沉降变形研究存在的问题

1）地表沉降的研究重点就是确定沉降的分布方式、范围及最大值，大部分学者利用数值模拟、现场监测等手段对基坑周边地表沉降问题进行一系列研究，但基坑地质条件复杂且土层的物理性状不同，计算基坑地表沉降时，大都是做出了一定的假设和简化，得出的沉降值往往和实际值有一定差距，因此计算准确度有待提高。2）基坑开挖前降水过程中对地表沉降变形产生了一定的影响，目前关于该过程中沉降方面的理论公式不够成熟，多数学者采用的是分层总和法，但该方法仅仅考虑了土体的竖向变形，忽略了其侧向变形，计算误差较大，因此对理论方面的研究有待进一步加强。

1.2 地下连续墙位移分析

围护桩的水平位移，随着桩体深度的加深呈现抛物线的变化形态，在桩体深度为 5.5m 左右出现最大值，水平位移为 5.2mm。由该深度向两端水平位移值逐渐减小，深度 0 点的水平位移值最小，位移值为 1.2mm。围护桩的水平位移最大值出现在深度为11.5m 位置处，最大值为 16.2mm，由该深度向两端水平位移值减小的趋势较为明显。这表明钢支撑起到的作用较大，对围护桩的水平位移起到了较好的抑制作用。分析其原因，主要是由于基坑开挖的过程是一个土体卸载的过程，基坑内土压力值逐渐减小，基坑内、侧壁的水土压力不均匀值不断增大，进而引起基坑底部出现隆起的现象。因为挡墙侧壁均存在不均匀水土压力作用，所以基地在侧壁周围隆起变化基本相同，带动挡墙在竖直方向上向上移动。当基坑施作完成后，基坑内钢支撑作用增强，基坑内外不均匀荷载逐渐减小，竖向位移值也就逐渐减小。在监测点竖向位移峰值位置处，由于施加了第二道钢支撑，进而减小了基坑内外压力差。该时间点后，监测点竖向位移值均出现较大幅下降。

1.3 基坑周边建筑物不均匀沉降研究存在的问题

1）对周边建筑物不均匀沉降的研究，主要利用数值模拟方法，而大部分学者在建模时，对于建筑物只是将其等效简化为竖向荷载考虑，得到的结果与实际有一定出入，因此在进行研究时应对周边建筑物进行实体建模，得到更为接近的结果。2）建筑物的建造时间对建筑物稳定性和安全性有一定的影响，而关于基坑开挖时考虑建筑物建成时间效应影响下的变形研究相对较少，有待于进一步研究。

1.4 支护墙顶水平位移

地铁车站施工过程中，由于基坑内土体开挖的卸荷作用，墙后土体的压力作用会引起支护结构的侧向位移，通过监测挡墙墙顶位置的水平位移，可以分析出墙土压力的变化情况及内支撑的支护效果。支护墙顶位置的水平位移直接反映了基坑侧壁的变形大小，进而影响基坑结构的稳定性，为此支护墙顶水平位移值直接反应基坑施工过程中的位移及稳定性。支护墙顶监测点水平位移在不同阶段的变形值是不同的。在基坑开挖过程中，水平位移值不断变化且呈增大的变化趋势。在开挖完成后，基坑内支撑起到抑制变形的作用，进而监测点的水平位移值逐渐减小，支护墙顶监测点水平位移值也趋于平稳。基坑挡墙水平位移值呈现空间不均匀分布，距离中心越近的挡墙水平变形越小，对应4个监测点的水平位移(分别为3.0~4.0mm、1.0~5.0mm、1.0~3.0mm、-1.0~1.0mm)均小于控制指标值(25.0mm)，表明该基坑在支护挡墙及内支撑作用下水平位移受到明显约束，基坑挡墙在水平位移影响下可以保持稳定。

1.5 基坑开挖对邻近地铁隧道及地下管线影响研究

由于地下轨道交通的快速发展，城市核心区域的地下隧道与管线分布错综复杂，尤其是正在运营中的空间狭窄而人口密集的地铁车站，这也导致基坑开挖过程中面临风险源越来越多。基坑开挖过程中，一旦出现事故，后果往往极其严重。如何确保基坑工程在安全、快速施工前提下，最大程度降低基坑开挖对邻近隧道、地下管线的影响成为亟需研究的问题。１）对于基坑开挖过程中地铁隧道的变形研究大多数是单纯对基坑开挖过程中隧道结构的变形情况进行了研究，关于地铁隧道与地铁车站整体结合的变形研究相对较少。２）现有的基坑开挖对邻近隧道影响的相关理论不够成熟，关于基坑侧应力与隧道变形关系理论研究较少，并且在地铁隧道的变形控制方面缺乏相对完善、可靠的理论指导体系。３）地下管线网络错综复杂，管线材质种类较多，如铜、混凝土、钢筋混凝土、铸铁等，以管线材质及腐蚀程度为因素对管线位移变形规律进行的研究相对较少，且现有研究往往把管线考虑为整体来分析，忽略了管线接头处的变形情况。

2 管理措施

施工监测应做到：1）为了保证基坑开挖施工影响范围内的建（构）筑物安全，开工前应对临近建（构）筑物的现状进行周密的调查，并作好记录，施工中加强观测和检查，对建筑物出现的裂缝、沉降、相应的施工工况及采取的措施等，都要做好详实记录。2）量测数据必须完整、可靠，对施工工况应有详细描述，使之真正能起到施工监控的作用，为设计和施工提供依据。监控测量及数据分析应贯穿施工的全过程。3）及时分析监测数据，沉降、位移等观测项目尚应绘制随时间变化的关系曲线，对变形和内力的发展趋势作出评价。4）施工中如变形过大，必须加强监控量测，并及时通知参建各方，共同商讨并采取相应措施控制变形。

结束语

车站基坑开挖准备期间，管线沉降速率及沉降量均较小；车站基坑开挖至底板施工完毕期间，管线的沉降值和沉降速率均最大；车站地下主体结构完工阶段，管线沉降量变化不大。在地下管线在一定埋深下，地下管线的沉降量随h/d的增大而增大；地下管线的沉降量随着管线材质的弹性模量的增大而减小。基于时间效应影响下的周边建筑物的不均匀沉降情况有待进一步研究，同时利用数值模拟方法研究周边建筑物不均匀沉降时，建议将建筑物以实体建模方式进行计算，该方法比将建筑物等效成竖向荷载方法计算得到的结果更为准确。基于邻近隧道与车站相结合下的整体变形情况及基坑侧压力与隧道变形理论方面内容有待进一步研究，且隧道变形控制方面的理论体系有待完善。

参考文献

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[2] 陈涛,翟超,范鹏程,等.基坑开挖对邻近既有地铁结构变形影响的数值分析与研究[J].勘察科学技术,2018(3):1-6.

[3] 朱红，罗源，郝理.邻近地铁换乘站的深基坑开挖与保护措施研究［J］.四川建材，2020，46（10）:76-78.