地铁车站基坑施工对邻近建筑物的影响及对策

2013-08-10陈用伟

都市快轨交通 2013年2期

陈用伟

(广州地铁设计研究院有限公司广州 510010)

随着我国各大、中城市地铁建设的迅速发展，在地铁施工中经常遇到地铁车站距离既有的建筑物非常近的情况，这些地面交通更为拥挤的已建成区，建筑物老旧且密集，因此，在地铁车站深基坑施工中保证周边近距离建构筑安全和有效控制建筑物基础沉降、变形十分重要。笔者结合深圳地铁2号线燕南站地质情况、周边环境、设计方案、施工过程控制及周边沉降监测结果等方面进行综合分析，提出应对措施，为类似工程项目提供设计、施工参考。

1 工程概况

深圳地铁2号线燕南站设于振华路与燕南路交叉路口的西侧，车站呈东西走向，于2008年初土建开工建设，2011年6月份开通运营，建设过程基本顺利，运营情况良好。本站为地下2层8 m无柱岛式车站，共设置了的3个出入口，2组风亭。主体结构基坑深约18.5 m，其中东端头2号风亭组由负2层接出，深约18 m。基坑两侧建筑物均建于上世纪80年代，基础资料、平面位置详见图1，剖面关系详见图2。

图1 建筑物基础形式及平面位置

图2 横剖面关系图

2 地质水文情况

本站主要地质情况从上到下依次为素填土、粉质黏土、中砂、砾质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩，基底主要位于全、强风化花岗岩。各土层富水性及透水性详见表1。

表1 各岩土层富水性、透水性及渗透系数

3 设计方案及施工过程

根据深圳地区及类似工程经验，周边建筑物环境复杂，围护结构优先选用刚度及止水措施均较好的地下连续墙结构，墙底主要落于强风化带，嵌固深度取5.5～6.0 m;支撑体系竖向采用4道支撑，除第1道采用砼支撑外，其余均采用钢支撑。通过计算，结果均能满足规范要求，计算过程此处不再赘述。

承包商在施工过程中，共设置12个降水井(间距20 m)，因基坑由中间向两端采用台阶式开挖，为便于大型挖掘机作业，钢支撑架设一般滞后3～4 d。设计要求地下水位应降至基坑底以下0.5 m，因此现场采取自动抽水装置，即降水井内上升至指定高度便自动抽水，因此未对日抽水量及总排水量作完整记录。从开挖情况看，地下连续墙自身及接头防水效果较好。

当基坑开挖至－11 m标高时，周边建筑物产生了较大的不均匀沉降，部分框架填充墙及台阶开裂，坑外地下水位急剧下降，由－3.2 m(常水位)降至－6.5 m。2009年10月15日，承包商组织专家评审，评审结论指出:根据监测数据和现场查看情况，主体结构不存在即时风险，基坑是安全的，但需加强监测建筑物水平位移、地下水位情况及结构裂缝情况，应尽快封闭底板。

2009年12月1日，随着基坑的开挖，中联电子大厦与家乐大厦的不均匀沉降值已经超出了预警值，墙体裂缝加大，详见图3，个别房间墙柱脱离，详见图4。

图3 墙体裂缝

图4 墙柱脱离

承包商再一次组织专家咨询，专家组认为该楼暂未达到危楼标准，可观察使用;同时，建议承包商采取加固措施或其他安全补救措施。承包商于是立即组织对沉降较为严重的中联电子大厦基础进行袖阀管注浆措施，改善地基土层参数，同时在坑外采取回灌措施。

2010年2月2日，基坑开挖至基底，开始施作土建接地、底板垫层及防水等工作，因持续时间过长，降水井也在持续工作。在坑外采取了主动回灌措施，地下水位基本趋于稳定，但建筑物变形已经严重影响了结构安全，尤其是中联电子大厦不均匀沉降、开裂已接近危房标准，专家建议加大对基坑变形、地下水位情况及建筑物倾斜的监测频率，架设钢支撑时严禁超挖，加快基坑封底进度，准备好应急疏散方案。此时中联电子大厦最大沉降点已达到156 mm，不均匀沉降达0.008 L，大于规范要求的0.002 L;家乐大厦最终累计沉降达68 mm，不均匀沉降达0.004 L，大于规范要求的0.002 L。

中联电子大厦与家乐大厦的建筑层数、桩基形式及离车站基坑的距离基本相近，但沉降相差较大，承包商通过大量走访，提供一条重要信息，即中联电子大厦未建成之前，原地貌为一河塘，在上世纪80年代进行回填并在上方新建大楼。因此，各方推测该建筑物桩侧可能存在软弱土层，因周边地层失水、桩周土重新固结，从而导致沉降较为严重。因未收集到确凿资料，仅为设计、施工在沉降判断方面提供了一定的参考。

因中联电子大厦已被列入华强北片区旧城改造范围，楼内约60%到期租户已陆续搬离，承包商准备了应急预案，与剩余租户做好了充分的思想沟通，并随时公布沉降情况，确保住户享有高度知情权，以稳定人心，一旦出现异常沉降速率，立即组织人员疏散。

最终，承包商通过加大人力、物力投入，夜以继日地赶工，及时对底板进行封闭，基坑两侧建筑物基本趋于稳定，最终各测点沉降量详见表2～表3。

表2 中联电子大厦2010年3月28日沉降观测记录

表3 家乐大厦2010年3月28日沉降观测记录

由图5可知，建筑物沉降与坑外地下水位下降有着一定的关系，虽然2009年12月开始采用了地下水主动回灌措施，但效果不太理想，直至2010年2月中旬封闭底板后，建筑物沉降才趋于稳定。

图5 地下水位下降与建筑沉降相对关系

随着主体结构的顺利封顶，本站最大的施工难点将集中在2号线风亭组的基坑开挖，主体结构施工导致中联电子大厦的沉降严重，一个18 m深的基坑又将紧贴着中联电子大厦另一侧开挖。此问题已引起了建设单位的高度重视，通过地铁公司最高技术决策层专题讨论，同意对2号线风亭组基坑支护方案进行变更设计。项目组经过多轮讨论并对所有监测成果进行分析、研究，对之前的现场施工情况进行回顾，推断建筑物沉降的主要原因有两个:一是由于围护结构墙底土层属中等透水性(详勘报告结论)，坑内持续降水对周边地下水位影响较大;二是由于在钢支撑架设过程中，为方便大型挖掘机施作，土方超挖较严重，钢支撑的架设滞后。

鉴于以上分析原因，设计人员结合2号线风亭组的地层情况，采取了如下应对措施:一是在原先的钻孔桩+旋喷桩止水帷幕方案的基础上，在基坑外围再增加一道密排的旋喷桩止水帷幕，达到止水效果;二是把竖向的三道钢支撑全部改为砼支撑，杜绝超挖情况发生;三是在中联电子大厦桩侧提前预埋袖阀管，结合后期的施工情况及建筑物变形情况再考虑注浆方案。变更后的方案详见图6。