地铁车站深基坑开挖对邻近建筑物的影响分析

汤梅芳，卜 铭，桂建刚

(1．中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江杭州 310004;2．杭州地铁集团有限公司，浙江杭州 310020;3．杭州市城建设计研究院有限公司，浙江 杭州 310001)

地铁车站深基坑开挖对邻近建筑物的影响分析

汤梅芳1，卜 铭2，桂建刚3

(1．中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江杭州 310004;2．杭州地铁集团有限公司，浙江杭州 310020;3．杭州市城建设计研究院有限公司，浙江 杭州 310001)

深基坑开挖会引起基坑周边土体应力场变化和土体位移，对邻近建筑物造成影响。本文以杭州市地铁汽车城站深基坑为例，分析了基坑开挖对邻近建筑物沉降的影响，研究结果表明基坑开挖使邻近建筑物地基土体沉降量超出规定，采用高压旋喷桩止水帷幕及对建筑物基础注浆加固的方法，有效控制了邻近建筑物的沉降变形。

地铁车站 深基坑 邻近建筑物 变形控制

基坑的开挖会引起周围地基中地下水位和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，从而对周围环境产生较大的影响，严重的会导致建筑物倾斜、开裂甚至破坏，最终无法使用［1-2］。基坑开挖同样会引起邻近建筑物地基承载力的减损［3］。如何减小对周围环境的影响是基坑工程的重点和难点，应把基坑工程与周围环境作为一个整体加以分析，保证相邻地铁、道路、管线等的安全［4］。本文以杭州市地铁汽车城站基坑工程为例，计算分析地铁车站深基坑施工对相邻建筑的影响，提出并采取了有效措施，保证了邻近建筑物的安全。

1 工程概况

汽车城站为地下二层岛式车站，采用明挖顺作法施工。车站长179.6 m，标准段宽18.3 m，车站顶板埋深约2.45 m，底板埋深约15.34 m。车站周边主要构筑物为一城标建筑，该城标建筑高28.8 m，采用群桩基础，共设置34根沉管桩，桩径为377 mm，有效桩长15 m，桩顶标高为－2.9 m(相对原地面)，采用钢筋混凝土桩体，桩体钢筋笼顶部钢筋锚入承台，承台为钢筋混凝土结构。城标建筑边缘距基坑最近处仅有3.5 m，城标建筑中心距基坑7.8 m，见图1。

由于车站主体处在砂质粉土及粉砂层，车站基坑围护结构采用 φ1000@750钻孔咬合桩，桩长为28.3 m。内支撑采用一道钢筋混凝土支撑+三道双拼φ609钢管支撑(一道换撑)形式。基坑土方分5步逐层开挖，开挖到设计高程后安装相应的支撑。

2 基坑支护结构计算

2.1 计算方法说明

1)开挖阶段地下墙为基坑的围护结构，按“先变形，后支撑”的原则，采用增量法按开挖工况分阶段进行结构计算。

2)围护墙按竖向弹性地基梁计算，墙体在开挖面以下的土层采用一系列弹簧模拟，弹簧刚度K=AkH，其中A为弹簧所分担的面积，kH为地基土的水平向基床系数。弹簧只承受压力不承受拉力，当出现拉力时，应将该弹簧拆除重新计算。

3)支撑作为具有弹性压缩的杆单元。

4)开挖阶段采用朗肯理论计算主动土压力，黏性土水土合算，砂性土水土分算。

5)开挖过程每一个阶段的荷载为内外侧不平衡土压力的增量。

6)土体开挖卸载引起的土层弹簧的取消以及支撑的拆除均在相对应位置以一个反向集中荷载予以模拟。

7)按增量法计算所得每一阶段的内力和变形仅为本阶段内力和变形的增量，而真实的内力和变形应为与前面各个阶段内力和变形的累加值。

8)围护结构计算使用同济启明星Frws2008软件。

2.2 计算参数

1)计算时，城标建筑等效成荷载施加在城标建筑桩基础中间及桩基础底面，等效荷载大小为50 kPa。

2)场地土层参数见表1。

表1 场地土层参数

2.3 计算结果

围护结构的位移及内力见图2，城标建筑侧土体沉降量分布见图3。

地表沉降应满足：桩基础允许最大沉降值不应大于 10 mm［5］。

由图3可见，基坑开挖使城标建筑侧土体产生的最大沉降量为29.4 mm，超出允许最大沉降值，因此在施工过程中需要采取措施控制城标建筑的沉降，确保城标建筑的安全。

3 城标建筑变形控制措施

为了有效控制基坑开挖过程中城标建筑的沉降，对城标建筑基础采用注浆加固，注浆孔间距0.8 m，正三角形布置，注浆深度为18 m(即地面至基坑底下3 m)，基础与咬合桩之间采用φ800@600高压旋喷桩止水，见图4。

其他施工措施如下：

1)为防止咬合桩施工时的水土流失，施工时加大套管超前深度，避免成孔过程中涌砂等现象发生。

2)基坑开挖严格按照先撑后挖、分段、分块、分层、对称平衡限时的原则进行土方开挖，满足基坑开挖的“时空效应”原理。土方开挖至基坑底部时，及时进行垫层的施工，并且在最短的时间内完成结构底板的施工。

3)基坑外城标建筑附近原则上不允许降水，以免由于降水引起城标建筑的不均匀沉降。在城标建筑附近设置回灌井，防止因基坑降水及围护结构渗漏引起城标建筑地下水位下降。

4)加强工程监测，动态掌握施工全过程城标建筑的变形趋势，在城标建筑周围布置8个沉降观测点。加强对城标建筑侧地下水位和土体侧向位移的监测。在基础附近预留深层注浆管，施工单位可视现场情况及建筑变形情况进行注浆加固。

4 城标建筑沉降监测结果

监测结果表明，城标建筑最大沉降量为8 mm，满足允许最大沉降值10 mm的要求。最大差异沉降为6 mm，监测点S2与S7之间水平距离为5 m，因此城标建筑最大倾斜仅为0.001 2，满足高耸结构基础倾斜＜0.006的规范要求。

5 结语

本工程周边环境比较复杂，对基坑及地表变形要求高。为了确保周边建筑物的安全，需要严格控制基坑周边地层移动及土体变形。实践表明，通过在建筑物与钻孔咬合桩之间设置高压旋喷桩止水帷幕，避免了水土流失引起的地表沉降。对建筑物基底土层进行注浆加固，可有效加强地层强度，同时增强既有建筑物基础支持地层能力，降低基坑开挖对地层的松弛和扰动，减小既有建筑物的变形。

［1］刘建航，候学渊．基坑工程手册［M］．北京：中国建筑工业出版社，1997．

［2］候学渊，杨敏．软土地基变形控制设计理论和工程实践［M］．上海：同济大学出版社，1996．

［3］王红雨，杨敏．基坑附近既有建筑物地基承载力减损的估算［J］．土木工程学报，2005，38(8)：95-101．

［4］沈健，李耀良，王建华．深基坑开挖对邻近高架基础影响的三维数值分析［J］．地下空间与工程学报，2005(4)：518-521．

［5］顾硕．地铁隧道开挖对构筑物结构沉降控制分析［J］．科技资讯，2010(12)：98．

Analysis on influence of excavation of metro station's deep foundation pit upon adjacent buildings

TANG Meifang1，PU Ming2，GUI Jiangang3
(1．East China Survey and Design Co．，Ltd．，CREEC，Hangzhou Zhejiang 310004;2．Hangzhou Metro Co．，Ltd．，Hangzhou Zhejiang 310020;3．Hangzhou Architectural Design and Research Institute Co．，Ltd．，Hangzhou Zhejiang 310001)

The excavation of deep foundation pit may cause a stress variation in the soil mass around，which possibly lead to the deformation of the adjacent structures．The paper uses Hangzhou metro-bus station as the study object to analyze the influence of excavation on the adjacent structures．The results indicate that the excavation leads to an excessive settlement in the soil mass of the foundations，which can be resolved by either the water-stop curtain made by the high-pressure chemical churning pile or foundation grouting reinforcement．

Metro station;Deep foundation pit;Adjacent structures;Deformation control

(责任审编 李付军)

U231+．4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2014．01．25

1003-1995(2014)01-0088-03

2013-02-20;

2013-04-30

汤梅芳(1980— )，女，江西万载人，工程师。