基坑施工对原有市政工程的影响

黄小锋

【摘 要】随着城市发展的建成通车，其沿线逐渐成为商业、住宅等开发的黄金地段，也有了越来越多的市政工程紧贴原有市政工程结构进行施工。本文调查，研究附近市政工程相关工程，运用有限元分析方法对市政工程的施工过程进行了三维模拟，结合监测数据，市地下空间不断建造和发展的过程中，分析了市政工程开挖后土体位移场的变化，采用有限元分析方法对其进行了三维数值模拟，通过与实测数据对比分析，探索了附近工程施工对既有工程结构的影响。

【关键词】施工；市政工程结构

0.引言

据国内外对市政工程沿线施工的问题已有研究，但还没有形成很统一的管理规范，以期代未来可以对类似问题进行更好的协调管理。新世纪是地下空间发展的时代，充分利用地下空间是城市立体化开发的主要组成部分。在城市密集区进行的市政工程开挖不可避免地会对周围环境产生影响，高水位及其它复杂条件下开挖市政工程，容易产生土体滑移、桩体变位、市政工程隆起、支挡结构严重漏水、等灾害，会对周边建筑物。因此附近市政工程施工对市政工程结构的影响以及如何来保护既有市政工程结构的安全越有研究的必要性。

1.市政工程的定义

市政工程，它包括：城市的道路、桥涵、隧道、防洪堤坝、集中供热及绿化等工程，这些工程都是国家投资兴建，是城市的基础设施。供城市生产和人民生活的公用工程，简称市政工程。它属于社会主义国家的基本建设。而这些设施则是城市的重要基础设施，是城市经济发展和实行对外开放的基本条件。国家的工业化都是以大力发展基础设施为前提，并伴随着市政、能源等基础设施发展起来。建设现代化的城市必须有相适应的基础设施，使之与生茶和发展各项建设事业相适应，以创造良好的生活环境。市政工程可称为支柱工程血管工程。它既输送着经济建设中的养料，如城市供水设施向企业提供生产用水、又排除废料，如城市排水设施排放、城市防洪设施既保证生产安全，城市道路、桥梁保证生产用车和生活用车的通行，对于促进农业生产以及科学技术的发展，改善城市面貌，使国家经济建设和人民物质文明生活的提高。

2.关于附近市政工程施工对原有市政工程结构的影响分析

市政工程隧道作为地下开挖工程，但由于隧道衬砌与周围土体刚度不同，在紧贴深市政工程开挖施工的挠动下，这就涉及到市政工程～土体～隧道三者相互作用的问题。围护墙体向坑内产生位移，随着开挖深度的增大，墙外土体位移伴随着围护结构变形的增大而增加，从而引起周围建（构）筑物变形或者差异变形随施工过程不断变化。在运营市政工程周围进行任何的岩土工程活动，有工程原来的稳定性产生影响。这种影响最本质的原因是由于新建工程的施工引起围岩应力状态再次重分布，从而导致一系列的力学行为变化。包括桩基础、地下连续墙及市政工程开挖等施工行为，势必会引起坑底回弹（隆起）、显然会影响甚至改变其近处市政工程隧道的应力应变状态，有可能危及相邻市政工程隧道的使用及安全。

分析这些实际工程，紧贴市政工程施工对既有市政工程结构的影响主要体现在以下：

当隧道周边进行市政工程开挖时，使得隧道周边土体承载力下降，导致市政工程范围内隧道发生回弹变形。须采用一定的市政工程支护措施和市政工程保护措旌，设计市政工程方案，保证市政工程变形不至于太大。市政工程开挖过程中有的需要进行抽水处理，使得作用在区间隧道壁面上的有效压力增大和导致作用在隧道面上的水压力减小。软土地基中的市政工程隧道由于深市政工程开挖施工围护墙的侧向水平位移而向深市政工程方向位移，使市政工程隧道产生挠曲变形而产生附加变形和应力，以及衬砌被压坏等。由于深市政工程开挖施工引起围护墙侧向位移及坑内隆起等原因而使坑外土层沉降，埋于市政工程隧道也随土层沉降而下沉。

3.关于实例工程背景及概况

分析紧贴市政工程施工对既有市政工程的影响时，关键是采用的是有限元法，将周围土体和隧道看作一个整体进行分析。本文选取广州农贸园工程进行了施工过程有限元分析，由上至下可划分为：人工填土.坡积层，残积层。市政工程开挖深度大概在4.75-7.8m，有两条直径为6.5m的市政工程隧道由北向南从场地中部穿过市政工程管片厚025M.隧道顶距离市政工程底最小为5.25m。支护桩采用直径480mm钻孔灌注桩和长度为12.5m的旋喷桩。

4.结构计算模型

岩体开挖后，其二次应力的变化幅度减小.因此可以大致认为在此范围以外的岩体不受工程的影响.据此可以大致确定计算范围。纵断面图，取模型的横向宽度为320m，沿线路纵向长度为4205m，距市政工程仰拱往下取5D，计算模型上部为自由边界，其余四个侧面为法向约束。土体和市政工程隧道均采用实体单元模拟，围岩采用Mohr-Coulomb屈服准则及弹塑性增量本构关系，市政工程管片采用弹性本构。

5.关于市政工程施工过程

市政工程开挖的顺序为：先施工桩，土方开挖至第一排锚杆下0.25-0.35m.然后施工第一排锚杆，锚杆施工完后，再施工挂网喷层。待第一排的固结强度达到设计强度的65%后，开挖土方至第二排锚杆以下0.25-0.5m，然后再施工第二排锚杆及相应的挂网喷层。重复以上步骤，直至开挖施工至市政工程底。

6.计算结果及分析

市政工程开挖到底部时沿市政工程纵向各监测断面不同测点的Z方向位移监测直至基础底板浇筑。根据监测和计算的结果，农贸园市政工程紧贴市政工程三号线的施工引起的市政工程结构的位移不大，在采用了相应的支护措施后，结构处于安全状态。分析监测结果可知在开挖市政工程的过程中，市政工程的Z方向位移是在不断的累加增大的，且开挖到市政工程底部时候表现为最不利情况，达到1.85mm。这一点从计算结果中同样可以得到，市政工程隧道最大位移量表现为市政工程开挖到最后，达到3.25mm。从计算结果来看，理论计算值普遍大于实际监测值，但在开挖的过程中，理论计算得出的位移变化趋势与实际监测结果是基本一致的。理论值偏大主要是因为地下结构的复杂性以及地层参数选择的困难性引起的。本工程市政工程隧道位于开挖市政工程的正下方，上部市政工程的开挖，对下部市政工程隧道带来一定的卸载作用，所以市政工程整体出现上浮的现象。同时因为上部市政工程对下部市政工程而言，并不是对称卸载，从而带来市政工程左、右线z，Y方向上的位移量不一致变化，其中三个方向的位移变化表现为z方向最显著。从隧道整体位移量的变化来看，市政工程位移量值在市政工程中部下方的断面上普遍要大于其他断面，主要是由于这些断面位于市政工程中部，受到市政工程施工的影响比其他断面大。

7.结束语

通过典型工程的计算，可知在有市政工程真实施工过程的资料和实测的地质资料的基础上，采用数值模拟的方式来预测紧贴市政工程开挖对原有市政工程结构的影响是可行的。

在市政工程隧道上部开挖市政工程时，将引起隧道产生上移并使隧道横截面呈现侧向压缩、竖向拉伸的变形特征，基础板及时浇筑完成能有效控制隧道上移及其横截面变形的进一步发展。紧贴原有市政工程结构的市政工程开挖问题，是个复杂的岩土工程问题，在市政工程开挖过程中，除了要保证市政工程的围护设计稳定和强度问题之外，同时也要着力于减小它对紧贴的原有市政工程隧道的影响。以指导设计和施工，及早发现问题，排除安全隐患，并结合监测手段，用于市政工程的优化设计和信息化施工，确保市政工程本身及其紧贴的市政工程结构的安全。