地铁车站深基坑开挖对周边环境的影响分析

2015-10-21汪开发

建筑工程技术与设计 2015年8期

汪开发

摘要：作为地铁车站施工管理的重要环节，深基坑开挖施工监测对于保障车站周边环境的正常运行具有重要作用。本文首先介绍了深基坑开挖对周边环境的影响，然后以某车站深基坑为例具体分析了基坑开挖的监测结果，以期为相关技术与研究人员提供参考。

关键词：地铁车站；深基坑；周边环境

当前各城市地铁建设迅猛发展，工程建设面临的难题也逐渐凸显，如场地拥挤难以放坡、基坑开挖深度过高、对周边环境影响较大等。但是，深基坑工程是地铁及各类高层建筑建设的重要环节，是主体工程的基础。所以深基坑工程的有效控制及施工技术极为关键。为确保深基坑工程安全可靠施工，且对周边环境影响最小，则应事先预计开挖过程，依照评估结果编制施工方案，以为现场施工提供指导。因此，加强有关地铁车站深基坑开挖对周边环境的影响分析，对于提升深基坑工程施工质量具有重要的现实意义。

一、深基坑开挖对周边环境的影响

1、对道路交通与周边地表环境的影响

在建设地铁车站深基坑时，需采取封闭道路施工措施，以避免路面动载荷影响深基坑支护。但车站深基坑一般会建设在城市繁华地段，在当前国内汽车猛增的趋势下，交通压力已经处于非常严重的拥堵期，若再进行道路封闭，则会加重道路拥堵量，影响人们正常工作生活。

深基坑开挖不但会破坏基坑内部土层的平衡状态，且会影响周边环境的动态平衡。深基坑施工常使用工程降水，地下水位的大幅降低，会造成水分供给不足，影响周边地表植被的生长，进而损坏周边生态环境。基坑施工时还会产生粉尘、建筑垃圾、噪声等污染，从而危害人类身体健康。[1]

2、基坑降水对周边环境的影响

首先基坑内降水会导致地下水位下沉，进而造成周围地表出现沉降；其次深基坑降水会破坏基坑内原有的水土平衡，容易导致地基土开裂破坏；最后地下水渗透出现损坏，会影响深基坑支护结构的稳定性。

在开挖深基坑时，一般选用井点降水的方法来使水位降低，进而实现稳固边坡、固结土体、方便开挖的目的。在此同时，深基坑降水，因水位下沉而引发的地面沉降，会产生以水位漏斗为中心的地面变形沉降区，造成周边范围内的道路、建筑、管网等设施由于非均匀沉降而出现倾斜、断裂，由此导致其出现安全隐患，无法正常使用。深基坑降水会排除土层内的水，待孔隙内水压力消失后土体收缩固结，会使地表出现沉降。若建筑底部或周围土层出现固结变形，则容易打破地基原有的平衡状态，造成地基土承载力降低，引发建筑出现不均匀沉降变形，若沉降变形超出正常范围，则建筑便会出现倾斜、开裂或倒塌等问题。此外深基坑降水多使用降水井，其控制需要依照严格的标准，否则会出现涌沙问题，而涌沙会引发各类严重问题。

3、对建筑物的影响

不均匀沉降是深基坑开挖对建筑物影响的主要表现。因开挖基坑时需对基坑底部进行卸载，外加坑内外降水及护坡桩变形影响会导致建筑下方土体出现沉降变形。同时因建筑基础会出现不同程度的变形，上方建筑内部便会形成过多的应变能，在应变能超限时便会引发建筑破坏。

地铁车站常建设在城市繁华地段，车站施工基坑周围多为建筑物群，施工场地极为狭小。此外历史文化建筑、高层建筑等重点建筑的变形同时会对车站深基坑支护提出更严格要求。若支护不合理、支护强度不足或基坑超挖都会导致变形过大问题等。深基坑开挖可能引发的建筑破坏形式有：（1）建筑主体或墙体出现开裂；（2）建筑外墙装饰出现脱落；（3）建筑倾斜甚至倒塌；（4）建筑周围地表出现沉陷，被抬起、台阶错位或架空等。[2]

4、对管网的影响

深基坑施工对管网的影响可分为对基坑外部管线和对基坑内部管线的影响。一般在基坑开挖前会对基坑内部管线进行改迁，所以该部分管线受影响相对较小，可忽略不计。外部地下管线会受到较大影响，开挖深基坑时因地下降水、结构变形等因素的影响会引发周边地层出现变形，而埋藏在地层内部的管线也会跟随发生变形，而管线对变形影响更为敏感，受到的破坏也更大。管线埋深、深基坑开挖状况、管线与基坑距离等都属于管线受深基坑影响的因素。

二、基坑开挖监测结果分析

青岛市地铁2号线一期工程泰山路站主体基坑长236.5m，宽20.7m～27.3m，局部为高低坑，地下两层基坑深度为18.9～21.8m、外挂部分为11.1m。周围建（构）筑物及市政道路密集。基坑北侧为新建市政主干道（泰山路），与基坑距离3.5m，道路下方密布给排水、电力、热力、通信等众多市政管线；基坑南侧为百脑汇商厦（地上4层地下三层，与基坑最小5.3m）、青岛市大学生创业中心写字楼（地上17层地下3层，5.3m）；根据本站结构形式、场地条件及地质情况、周边环境特征，结合深基坑施工设计经验，本站主体围护结构采用钻孔桩+旋喷止水帷幕+钢管撑+锚索的形式。基坑主要监测的内容包括：地表沉降、建筑物沉降、管线沉降、桩顶沉降、围护桩测斜、水平位移、地下水位、混凝土支撑及钢支撑轴力、锚索拉力、锚杆内力等。

1、建筑及道路沉降

地表道路沉降与临边建筑沉降总体上是在基坑开挖深度增加的同时，累积沉降量也逐渐增大，在基坑土方开挖面周围的监测点沉降变化速度较快，与开挖面监测点距离较远的位置沉降速度较小，而且表现出一定的波动性。由监测点统计数据可知，地表建筑及道路累积最大沉降量分别为-15.21mm、-2.34mm，没有超出报警值。

2、管线沉降

泰山路站周边管线累计变形最大测点为RLGC05（燃气管线），累计变形为-20.69m，累计值达到报警值，控制值为10mm，沉降速率平稳。主要原因为前期管道回填不密实造成。

3、支撑轴力

依据监测结果可知，当开挖深度增大时，支撑轴力也在逐步增大，直到该支撑某范围内土体完全开挖后，轴力临近最大值，轴力值较大支撑所在位置会受到支撑架设速度及土方开挖较大的影响。这表明支撑轴力会较多受土方应力释放的影响，并且当土体承载力越小时，影响越严重。

4、支护结构水平位移

图1表明，开挖土方过程中，随着开挖深度的增加，水平位移变化量也在逐渐增大，水平位移曲线表现为持续增长趋势，水平位移量的增大多处于此阶段；待底板浇筑结束后，位移曲线变化趋势变缓，表明底板浇筑发挥了一定的抑制功能。[3]

图1 支护结构水平位移-时间关系

5、水位变化

泰山路站地下水位累计变形最大测点为SW1-01，累计变形为-91.0mm，变形速率稳定，无异常。

结束语：

深基坑开挖监测质量将直接關系着地铁及周边环境设施的运行质量，因此，相关技术人员应加强有关深基坑开挖对周边环境影响分析，总结有关基坑开挖影响因素及相关保护措施，以逐步提升深基坑开挖水平。

参考文献：