地铁车站深基坑施工对周围环境影响评价分析

2013-09-05杜明玉阮庆松彭进强梅子广

铁道建筑 2013年4期

关键词：深基坑土体车站

杜明玉，阮庆松，彭进强，梅子广

(1．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉 430074;2．中铁十九局集团轨道交通有限公司，北京 101300)

地铁车站深基坑施工对周围环境影响评价分析

杜明玉1，阮庆松1，彭进强2，梅子广1

(1．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉 430074;2．中铁十九局集团轨道交通有限公司，北京 101300)

深基坑工程往往周边交通繁忙，地下管线纵横交错，开挖过程容易引起土体变形，如果控制不好会对周围环境造成很大的影响。因此在深基坑施工过程中除了采取合理的安全支护措施外，还需要控制好深基坑对周围环境的影响。以武汉市中南路地铁车站深基坑对周围环境的影响为例进行分析，并结合现场施工具体情况和监测数据，对地铁基坑建设对周围环境的影响进行了讨论，提出了相应的控制技术。

地铁车站深基坑周围环境影响监测

随着经济的发展，各类基础建设的不断进行，城市可用建设面积越来越少，地下空间的利用成为城市建设的发展趋势，相应的深基坑施工也越来越普遍。深基坑工程往往周边交通繁忙，地下管线纵横交错，开挖过程容易引起土体变形，如果控制不好会对周围环境造成很大的影响。因此在深基坑施工过程中除了采取合理的安全支护措施外，还需要控制好深基坑对周围环境的影响。

地铁深基坑建设对周围环境的影响，主要是深基坑开挖、降水过程中破坏了土体自然状态造成周围的土层变形，从而引起周边建筑物及地下管线的变形等。

1 深基坑开挖过程中土体的变形机理

深基坑开挖变形的诱发因素主要有两个方面:一是在基坑工程开挖之前，一般需要采取相应的降水措施。而地下水位降低往往引起地表沉降，相应形成以水位降落漏斗为中心的地表沉降变形区。这样在深基坑施工影响范围内的建筑物、道路等都因此不均匀沉降，引起断裂、倾斜甚至倒塌，影响到各项工程和设施的使用功能和安全。二是在深基坑开挖工程中，土体自然状态被破坏和扰动，引起土体结构的初始应力平衡状态被破坏，土体内的应力场变化，进而造成地表沉降和横向移动，对周围环境造成不良的影响。

2 地铁深基坑开挖对周围环境的影响

2.1 深基坑开挖对周围建筑物的影响

地铁深基坑一般在城市主城区，建筑物密集，基坑施工场地狭小，另外有重要的建筑和文物等要保护，所以深基坑施工对周围建筑物的影响备受关注。如果支护不及时和支护强度不够就会引起变形过大，甚至深基坑会坍塌，不仅造成经济损失，而且危及人身安全。由于深基坑开挖过程是对土体原始状态进行破坏和扰动的过程，会引起坑底产生回弹现象，同时基坑的降水过程会使土层固结，造成建筑物下方土体发生沉降变形。另外因为土层的性质不同，所以建筑物基础的变形大小不同，这样就产生了不均匀变形，从而导致建筑物倾斜、开裂甚至倒塌等。

2.2 深基坑对周围地下管线的影响

随着城市的发展，市政地下管线越来越密集，在基坑施工场地周围可能存在各种各样的地下管线，如果被破坏就会直接影响到人民的生活和财产安全，所以深基坑在开挖前就需要对坑内的地下管线进行处理或改迁。由于深基坑施工时土体受力状态发生变化，降水过程引起土体沉降变形，加之车辆频繁出入，这样影响范围内的地下管线亦会随之变形、破坏。因此在基坑开挖之前务必要了解清楚基坑的开挖情况、管线距离基坑的距离、管线的埋设情况等。

2.3 深基坑开挖对地表和道路的影响

在深基坑开挖时，因为土体的平衡状态被破坏，所以周围环境的平衡状态也受到影响。尤其一般基坑工程都需要进行降水，地下水位下降，势必会引起地下水位越来越深，对大城市水供应是一个问题，对生态环境亦是一种损害。一般深基坑工程建设在城市繁华地带，灰尘、噪音、建筑垃圾等难免会污染周围环境。而且深基坑在施工其间，场地周围都要封闭，占用交通道路，这样增加了交通压力，给人民的生活带来不便。

3 工程实例

3.1 工程概况

武汉市地铁中南路站位于武汉市武昌区中南路下面。车站的西边主要有湖北文物大楼及外文书店建筑群和中南商业大楼及中南广场购物中心建筑群。前者地上7层，半地下室，独立桩基;后者地上分别是8～45层，框架结构，桩筏基础。车站的东边有:湖北省石油化工行业管理办公楼，地上6层，前面商铺地上2层，条形基础;世纪中商百货，地上28层，框架结构，筏基;鹏程时代，地下2层，筏板基础;湖北省建设厅的商业及相关用房，地上分别有2～5层不等。

本车站主体结构采用盖挖逆作法施工，基坑平面呈长方形，主体基坑长度约290.0 m，宽度约42.9 m，开挖深度约为16.3～18.2 m。施工顶板结构时的浅基坑采用明挖法分期倒边施工，浅基坑开挖深度约为4 m。根据车站地质勘察报告，综合考虑车站周边环境及规划情况，主体围护结构采用厚800 mm的地下连续墙，墙顶设冠梁。各层楼板作为支撑体系使用，中间柱下设独立桩基，桩基在使用阶段兼作抗拔桩。浅基坑一、二期分界处的围护结构为一期采用钻孔灌注桩+止水帷幕形式，二期采用土工格栅加筋挡土墙。浅基坑周边其余部分的围护结构以及主体基坑的围护结构采用连续墙形式。先施工顶板及中间立柱，回填覆土，恢复交通，然后利用风道及出入口等进行主体结构施工。基坑所在位置均为现行道路，基坑离周边建筑物较近，东侧围护结构距离周边建筑物约10 m，西南角围护结构距离周边建筑物约2.8 m，西侧围护结构距离周边建筑物约7 m。主体基坑安全等级为一级，浅基坑安全等级为二级。

3.2 地铁深基坑对周边建筑的影响

在地铁深基坑周边水利厅9号楼和外文书店离基坑距离比较近，在施工过程中可能发生事故，水利厅9号楼离基坑最近点3.5 m，外文书店离基坑最近点8.5 m。所以本文主要针对该两个位置分析深基坑开挖施工对周围环境的影响。监测点布置见图1。

图1 地铁车站周围建筑物监测点布置

1)水利厅9号楼

J7-1，J7-2，J7-3，J7-4 离基坑 3.5 m，受到比较大的影响。水利厅9号楼2011年沉降曲线见图2。从图2可知:最大累计沉降值为11.32 mm，等于1.4‰H(H为深基坑的深度)。J7-5，J7-6，J7-7，J7-8离基坑15 m，沉降变形较小。主要是深基坑降水过程使土体固结，导致地表沉降。除此之外，地下连续墙采用冲孔桩施工和断面开挖，长期振动也加剧周围建筑物的沉降变形。

2)外文书店

外文书店2011年沉降曲线见图3。从图3可知:深基坑开挖达到16.2 m，离深基坑8.5 m的外文书店最大沉降值为6.89 mm，等于0.42‰H。主要原因是深基坑采用冲孔桩施工，再加上第一层和第二层地下室开挖破坏了土体自然状态，使土体发生了变形，导致周围建筑物随之变形。

图2 水利厅9号楼沉降曲线

图3 外文书店沉降曲线

3.3 深基坑对地下管线的影响

深基坑周围有一道水管，在开挖施工时有可能直接损坏地下管线，而且开挖施工扰动了周围土体，土体应力的释放及重分布使管线受压而断裂，这样会造成很大的风险，直接影响到人民的生活。因此在深基坑开挖施工过程中需要进行监测。如果地下管线受到影响较大，立即采取处理措施，改移地下管线的位置。从图4可以看出:深基坑开挖达到16.2 m深度时，地下管线最大沉降值为7.05 mm。

图4 地下管线沉降曲线(2011年)

4 控制措施

在深基坑施工之前，需要进行地质条件与水文地质调查，了解土体的特性及其变形规律，为各个环节的控制措施提供依据。对周围环境要仔细调查，对于建筑物、地下管线等受到比较大的影响地段进行提前预测并加固处理，尤其是离基坑比较近的建筑物要采取超前预注浆等加固措施。对深基坑施工全过程进行监测，并根据监测数据实时调整、优化设计和施工工艺。做好明水疏排和暗水降排措施，严格控制降水过程。深基坑工程难免会出现意外的情况，在基坑开挖以前做好准备，一旦发生事故，立即处理。