2019年第12期
Development and Innovation | 发展与创新 |
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地铁基坑施工对临近建筑物影响及有效措施分析
董晓朋
（中铁四院集团西南勘察设计有限公司，云南昆明650000）
摘 要：根据当前地铁基坑施工对周围临近建筑物的影响，文章结合某地铁工程施工实际案例，在分析地铁工程施工地质、水文条件的基础上，探究地铁基坑施工对临近建筑物影响，并对如何在确保地铁工程顺利施工的基础上减少地铁基坑施工对邻近建筑物的不利影响进行策略分析。
关键词：地铁基坑；施工；邻近建筑物；影响；措施中图分类号：U231；U456.3；TU753文献标志码：A文章编号：2096-27（2019）12-0233-02
社会经济的快速发展促进了城市建设，使得我国城市化进程加快，地铁作为地下空间开发典型案例，在城市化快速发展进程下被各个大城市应用，在城市地铁建设的过程中，地铁基坑开挖施工不可避免地会威胁临近建筑物的安全。但是从实际施工来看，由于基坑出现在建筑物密集区域，且常常出现在老城区，因此，建筑基坑在设计的时候不仅要考虑周围建筑物对基坑的影响，还需要考虑基坑对邻近建筑物的影响。
1 工程概述
某地铁工程是一种内框架箱形结构的岛式车站，地铁工程在施工的过程中采取了明挖顺作法施工。车站长度为150.2m，车站标准段宽为22.7m，中心线位置开挖深度为24.5m，覆盖厚度为3.5m，车站主体围护结构采用的是“钻孔灌注桩+旋喷桩止水帷幕+内支撑”的方式，支撑结构采用的是钢管和钢筋混凝土的混合结构。
基坑内从冠梁顶部到基坑底一共设置了五道支撑，第一道支撑去除掉端头井和节点段的斜撑采用了混凝土钢筋结构，其他的节点采用了钢管支撑，车站基坑保护等级为特级。车站场地土层从上到下分别是人工填土操作、更新系统风积新黄土、饱和软黄土、残留土壤。场地的地下水是潜水，深度为8.6～12.5m。基坑南侧的骑楼按照所在位置具体划分为三个区域，所有的骑楼都是地铁工程施工所需要拆迁的骑楼，但是在具体操作的时候由于施工推进比较困难，为了满足地铁施工要求，在骑楼没有被拆除的情况下就需要对主体结构开展施工。
地铁车站的三面邻近城市道路，一面是临近砖混结构家属楼，和车站建设相关的地下管线在基坑开挖之前就被改迁处理。建筑楼共有7层，都是钢筋混凝土框架结构，大楼建设的基础形式是钢筋混凝土条形基础，主楼距离基坑的距离为5.1m。在地铁工程施工过程中，基坑开挖对家属楼建设有着十分重要的影响，为了确保工程施工顺利进行，需要采取有效措施对工程施工开展必要的检测。车站基坑和万福路两边骑楼的距离最小是1.4m，东边的最小是2.3m，车站基坑和北京路测的骑楼距离最小是0.5m，车站基坑和麦栏街骑楼的距离最小是13m。
2 地铁工程施工场地的工程水文地质条件
2.1 工程地质分析
地铁工程施工场地起伏不大，北边较高，南边较低，
作者简介：董晓朋（1991—），男，硕士，助理工程师，研究方向：地基基础。
场地地貌单元属于冲积平原，基坑的南端从上到下穿越人工填土、分质填土、粉土、粉砂等。2.2 水文地质条件
场地地下水主要包含孔隙潜水和弱承压谁，潜水一般被存储在人工填土、粉沙层、粉土中，覆盖层的粉质黏土层底部2m左右包含粉细砂土层。隔水顶板是一种黏性土层，隔水底板是下伏中风化岩层。在进行综合勘察分析之后，确定承压含水层水头埋深在地面下1.8～2.9m。
3 计算模型的基本说明
3.1 计算模型打造
地铁基坑施工对临近建筑物影响计算模型主要作用是，描述拟建地铁出入口基坑开挖过程中造成的地应力释放对周围邻近建筑物基础的影响。计算模型应用ANSYS有限元分析模型，打造了地层—结构模型，对新建地铁出入口施工所引起的既有建筑物沉降变形和水平变形问题进行研究，模型的打造划分了12440个实体单元。在具体操作中，土层、建筑物结构、新建出入口维护结构采取的是一种实体单元，不同土层采用不同材料参数模拟，土地采用了莫尔库伦弹塑性本构模型，边界条件在选择的时候除去了顶面，选择自由边界进行设计。3.2 有限元分析
文章结合设计施工和钢支撑位置，模拟计算采用了八个步骤进行，在进行有限元计算的时候需要分布开挖，模拟计算分八个步骤进行，在有限元计算分析的时候采取了分布开挖方式，具体操作：（1）初始地应力状态的确定。（2）桩施工。（3）开挖操作，在开挖到1.5m的时候进行假设操作。（4）开挖到5m的时候进行第二道架设操作。（5）开挖到6m时架设第二道支撑。（6）开挖到9.2m。（7）开挖到10m的时候进行第三道支撑。（8）开挖到底。
骑楼的一侧地表需要增加50kN的荷载，其他部分增加20kN的均匀荷载，考虑到整个工程的实际操作需求,模拟工程的实现步骤如下：（1）打造模型，注入重力，设置边界条件和荷载。（2）在设计好的模型中删除连续墙位置单元土地，加入连续墙结构，设立支撑。（3）以基坑开挖的实际过程来设置开挖土体和内支撑单元时间。3.3 计算结果分析
基坑开挖引起的五层楼和四层楼变形结果如表1所示，根据表一的数据信息可以发现，基坑施工完成之后，五层楼的最大沉降在3.7mm左右，四层楼的最大沉降在2.1mm左右。基坑东边和南边同时开挖，最大沉降一般在建筑物的南边，且南边建筑物体的沉降印象最为明显，
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建筑物顶部的横向变形最大，呈现出向基坑倾斜的趋势。
为了确保施工期间周围建筑物和施工安全，需要对建筑物和施工的各个环节开展监测和信息反馈，同时对收集到的各类数据信息进行汇总分析。通过采用三维有限元数值模拟，对地铁车站基坑开挖造成周围土体变形而引起的建筑物沉降变形、水平变形等进行分析，得出这样的结论：（1）基坑开挖将引起基坑周围建筑物的沉降，且在刚开始开挖的时候沉降量、沉降速率比较大，在建筑物沉降变形和水平位移操作的时候会随着开展深度的增加而加大，在临近基坑底部的时候变形趋于稳定。（2）基坑开挖会引起周围土地的侧向位移，建筑物下层土地朝着基坑内方向移动，在开挖时间的增加下这种运动趋于稳定。（3）为了减少基坑施工对周围建筑物的不利影响，需要打造监测预警系统，对各类数据进行信息化管理，特别是需要在建筑物基础结构上打造监测网络，实现对各类数据信息的实时性监测。
完成，在基坑开挖的过程中会对周围土地带来影响。因而，各道支撑实际测量轴力数值都没有超过规定的数值，在施工期间，整个支撑系统处于一种安全状态。4.4 骑楼
骑楼在地下连续墙施工阶段最大沉降在19.9mm，比实际设计的数值要小，在土方开挖阶段的最大沉降在46.2mm左右，超出之前设计控制数值的30mm，由此证明基坑开挖对骑楼的沉降产生了较大的影响。
5 结束语
综上所述，文章以某地铁车站深基坑施工为基本研究背景，在施工之前应用有限元软件模型分析深基坑施工和周围建筑骑楼之间的相互影响，结合数值分析结果在施工过程中采取了一系列措施，并通过施工监测取得了良好的效果。为减少地铁工程施工对周围建筑的影响，需要施工人员在施工之前对周围环境进行模拟分析，并根据分析结果采取相应的施工处理措施，实现对房屋建筑物的加固处理。
4 监测结果
监测的内容包含支护结构桩顶水平位于、支护结构变形、支撑轴力、骑楼的沉降等。4.1 支护结构桩顶水平位移分析
经过测量发现，墙顶水平方向上的最大测量数值在12.7mm左右，比规定的30mm数值要小，第一道支撑采用的是一种钢筋混凝土支撑结构，在控制墙体水平位移方面有着十分重要的左右。4.2 支护结构变形
在支护操作中选择两个测斜孔开展研究，其中5号孔位在南侧墙的中间部位，孔在北边的连续墙中间部位，两个孔隙呈现出南北呼应件，5号孔整体基坑向内部倾斜，在孔深11m的位置上测量出最大位移为23.5mm，孔整体向基坑的外部倾斜。4.3 支撑轴力
钢支撑轴力监测会随着时间的变化而发生相应的变化，支撑轴力在施工操作的一个月之后会出现突变现象，而出现这种现象的原因是基坑的东西南三个方面被开挖
参考文献：
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邻近地铁结构影响分析[J].施工技术,2017(11):131-134.[2]周辉.浅谈紧邻地铁基坑高层建筑物保护[J].工程建设与
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表1 变形计算结果汇总(mm)
南侧楼沉降0.31.72.13.13.33.7
水平位移0.52.12.33.23.33.7
基础沉降0.31.72.13.13.33.7
基础水平位移0.030.130.160.300.300.30
沉降0.21.01.21.92.02.1
水平位移0.31.01.01.51.51.6
东侧楼基础沉降0.21.01.21.92.02.1
基础水平位移0.160.480.400.380.340.32
工序123456
施工进度
开挖到1.5m时架设第一道支撑，开挖到5m
开挖到5m
开挖到6m架设第二支撑标准段开挖到底，电梯开挖9.2m
开挖到10m架设第三支撑
开挖到底
