合肥地铁深基坑开挖对临近建筑物沉降的影响分析

顾美婷

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601）

合肥地铁深基坑开挖对临近建筑物沉降的影响分析

顾美婷

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601）

城市地铁建设常位于建筑物众多的城区，为避免影响周边建筑物的安全，必须严格控制因基坑开挖引起的建筑物沉降。本文通过对合肥地铁二号线潜山路站周边建筑物沉降量的监测值进行分析，并结合数据拟合的曲线，探讨了基坑开挖过程中建筑物沉降的一般规律，为以后的施工和将来的地铁建设提供指导和建议。

基坑工程；建筑物沉降；数据拟合

0 引 言

地铁一般位于城市中心地段，附近环境复杂，建筑物、管线、道路等错综复杂，现场施工条件也相对艰难[1]。并且，地铁车站土方的开挖会引起地基应力场发生改变，从而导致土体的变形，造成对周边临近建筑物的影响，尤其是施工中控制不妥都会影响周围建筑物的正常使用，甚至产生重大社会危害[2-5]。随着国内外对于基坑开挖对建筑物沉降影响的规律的深入研究，以及结合大量工程实践、试验数据和理论计算，在这方面取得了长足的发展。本文通过对临近建筑物所取测点沉降数据的分析，结合软件进行数据拟合，得出建筑物沉降的变形规律，从而判断该基坑施工是否对既有建筑物的安全产生影响[6]。

基坑监测发展的初期，当时国内基坑工程的状况是开挖深度较浅、周围环境和建筑物情况较简单、开挖面积较小、使用的监测仪器较少且精度不高，所以基坑监测尚未发展。随着时代发展，现代高层建筑和超高层建筑不断发展起来，基坑工程也逐渐发展起来，并且精密的仪器也逐渐应用于基坑建设当中。自上世纪90年代开始的十多年发展以来，基坑监测获得长足发展，在理论和实践中都获得了巨大进步。

1 监测方案

1.1 工程地质概况

本车站地形稍有起伏，为台地地貌，地面高程29～37 m。现多为交通道路、酒店、工地及居民住宅区。

测区在区域地质构造属于扬子准地台江淮台隆所属的合肥断陷盆地，区域上位于华北地台的南端，燕山期活动强烈，形成平缓开阔的合肥断陷盆地。本区断层构造主要有近东西向、北西向、北东向三组。

段内上覆第四系人工填土、黏土、残积土，下伏基岩为侏罗系上统周公山组（J3Z）泥质砂岩，岩层总体呈单斜状，地质构造简单。

拟建场地地层概况如下：

<1-1>人工填筑土（Q4ml）

灰黄色、褐黄色，主要为素填粘性土，可塑～硬塑状，稍经压实。局部见砂及碎石块。表层0.1～0.6 m为砼路面。在车站地表广泛分布，一般厚0.90 m～3.30 m。

<3-1>黏土（XQ3）

灰黄色，黄褐色，可塑状，土质较纯，含约3%～5%铁锰质结核，局部含高岭土，韧性中等，干强度高，切面光滑，无摇震反应，采取率95～100%。主要分布于YDK24+413.60～YDK24+506.90段人工填筑土层之下，厚度变化较大，层厚0.00～12.90 m，埋深2.60～19.70m，该层一般具弱至中等膨胀性。

<3-2>黏土（XQ3）

褐灰、褐黄色，硬塑状，含氧化铁锰质斑点，局部含高岭土，韧性中等，干强度高，切面光滑，无摇震反应。普遍分布于潜山路站内，一般厚0～5.90 m，埋深4.60～7.60 m，一般具弱至中等膨胀性。

<4-2>残积土（Qel）

灰褐色，硬塑状，以黏土为主，土质一般，含明显砂粒，韧性中等，干强度高，切面光滑，无摇震反应。普遍分布于潜山路站基岩之上，一般厚0～2.10 m，埋深5.90～10.20 m，一般具弱至中等膨胀性。

<10-1>全风化泥质砂岩（J3Z）

砖红色，全风化，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，胶结程度差，局部可见钙质胶结，岩体风化严重，岩芯多呈土柱状，易钻进，遇水易软化，块状岩芯手掰易碎。主要分布于车站内强风化泥质砂岩之上，根据本次勘探揭示，该层层厚1.00～3.30 m，埋深7.70～12.60 m。

<10-2>强风化泥质砂岩（J3Z）

砖红色，强风化，原岩结构大部分已破坏，泥质胶结，局部含钙质，岩体多风化明显，风化裂隙发育，岩质较软，遇水易软化，岩芯多呈短柱状，节长5-30 m，局部碎块状，块径1-7 cm。根据本次勘探揭示，该层层厚 0～6.60 m，埋深11.00～15.50 m。

<10-3>中等风化泥质砂岩（J3Z）

砖红色，中等风化，砂质结构，泥质胶结，局部含钙质，中厚层状，风化节理裂隙发育，岩质较软，锤击声哑，易碎，遇水易软化，岩体较完整，岩芯多呈短柱状，节长5～40 cm，局部碎块状，块径1-9 cm。中风化岩面埋深一般在11.00～15.50 m。

表1 场地相关地层物理参数

2.2 监测方案

潜山路段位于长江路与潜山路交叉口处，为2、3号线换乘站，2号线车站沿长江西路敷设，为地下三层岛式结构，车站总长225.587 m，采用明挖顺筑法施工（部分主体及附属采用暗挖法施工），3号线车站沿潜山路敷设，为地下两层岛式车站，车站总长345.6 m，采用明挖顺筑法施工，2、3号线车站两端区间隧道均采用盾构法施工，均为盾构接收井[7]。

3号线车站主体结构为地下两层双柱三跨钢筋混凝土框架结构。标准段宽度为21.7 m，覆土厚度3.01～5.85 m，底板埋深17.78～21.50 m；车站大、小端里程端均设端头井，小里程侧端头井覆土厚度5.85 m，端头井宽度为25.70 m，底板埋深21.50 m；大里程侧端头井覆土厚度3.01 m，端头井宽度为25.7 m，底板埋深18.68 m。

车站周边有多处构筑物：丰乐公寓（19层，地下2层地下室，基础采用人工挖孔桩，距离3号线主体基坑约28.33 m）；天天乐园大酒店（5层，浅基础，距离3号线主体基坑约21.22 m）；34中学教学楼（7层，基础采用钢筋混凝土条形基础，距离3号线车站主体基坑约16.12 m）；高架桥墩（基础采用钻孔灌注桩，与3号线车站平面距离为约3.85 m）；家乐福地下室（地下室边线距离3号线车站主体基坑约16.8 m）。

3 建筑物沉降数据分析

3.1 监测数据分析

对车站开挖基坑附近的既有建筑物进行了监测点的布置，根据施工现场的工程状况、工程监测需要以及监测难度，在其临近的一个建筑物——安天国际（监测点分布图见图1）埋设8个监测点，ATS01~ATS08，建筑物沉降监测点的布置情况如图所示。本部分针对安天国际一栋临近建筑物进行建筑物沉降分析。

图1 安天国际建筑物与基坑位置的关系和监测点位置分布

图2 安天国际建筑物尺寸

针对安天国际建筑物，监测时间从2013年6 月23日到2014年2月22日，持续监测共244天。针对安天国际附近的监测点ATS01~ATS08进行分析，其监测点随时间变化沉降变化的曲线如图3所示。

图3 安天国际建筑物周围监测点随时间沉降变化曲线

从监测点沉降随位移变化的曲线看，随着基坑开挖的进行，安天国际的建筑物沉降量随时间的变化呈增长趋势。该建筑物的最大沉降量为4.44 mm，小于预警值。监测结果显示该建筑物周边监测点的沉降量由于基坑开挖处于安全范围之内[8]。

安天国际建筑物从2013年6月23日（1d）至2013年9月3日（73d）处于均匀沉降阶段，在这个时间段内建筑物均匀沉降，平均沉降0.82 mm，累计沉降最大的监测点是ATS04、ATS05，达到1.6 mm，在这个阶段内的沉降主要是由于土体扰动和机器荷载引起的。从2013年9月3日（73d）至2013年11月23日（154d）处于差异沉降阶段，在这个阶段内各监测点沉降发生较大差异而不是均匀沉降，8个监测点中沉降最大的是距离基坑较近的ATS04、ATS05监测点，其中ATS04监测点最大沉降值为3.7 mm，ATS05监测点最大沉降值为3.84 mm，而沉降变化较小的电视距离基坑较远的ATS01，该监测点的最大沉降值为0.27 mm。这也说明了监测点距离基坑越近，受到基坑开挖影响越大。从2013年11月23日（154d）至2014年2 月22日（244d）处于稳定沉降阶段，在这个阶段内个监测点的监测数据显示沉降速率基本稳定，建筑物沉降与趋于稳定，该阶段的最大沉降值发生在ATS05监测点，达到3.83 mm，因此这个阶段内的基坑开挖对周围建筑物的影响也会逐渐减小[9]。

3.2 数值拟合分析

数值软件采用Origin8。取建筑物安天国际距离基坑最近的两个监测点ATS04和ATS05的沉降量随时间变化的实际监测值进行数值拟合，得出图4和图5。

图4 监测点ATS04的沉降量拟合曲线与实际沉降量

由origin得出监测点ATS04的沉降量数值拟合曲线公式为y=0.19377-0.02663x+3.4851×10-5x2

图5 监测点ATS05的沉降量拟合曲线与实际沉降量

由origin得出监测点ATS05的沉降量数值拟合曲线公式为y=0.3218-0.02931x+3.971×10-5x2

由监测点ATS04和ATS05的实测值与拟合值的对比可得出：

（1）监测点的沉降量拟合值与实际监测值基本吻合，只是软件数据模拟并没有考虑地下水的影响，所以随着时间变化，监测后期建筑物沉降趋于稳定，没有大幅度变化。

（2）监测点的沉降量拟合取的是监测数据的平均值，没有考虑现场施工过程中的负责情况，所以在监测前期建筑物沉降变化较为复杂，与拟合值间的误差较大[8]。

（3）数值拟合取的是距离基坑最近的两个监测点ATS04和ATS05，可以最大程度得拟合建筑物的沉降，有效预防建筑物沉降过大的情况[7]。

4 结论

由监测点实际沉降量随时间变化的曲线可得，在基坑开挖的过程中存在基坑监测时间滞后的情况，对周边建筑物沉降的影响大体分成均匀沉降、差异沉降、加速沉降和稳定沉降四级阶段。通过监测数据可以得出，该建筑物的最大沉降量为4.44 mm，小于预警值，监测点距离基坑边缘越近沉降量越大，但是各监测点的沉降量和沉降量之差都处于容许范围以内，对建筑物影响较小。随着开挖的进行，建筑物的最大沉降量不断增大，但增大的速率却在逐渐减小，所以在施工过程中应该重视建筑物的差异性沉降[9]。

由数值拟合曲线可得，数值拟合得出的建筑物沉降随时间变化的情况与实际沉降量变化是比较接近的，能够比较准确地反映建筑物沉降随时间变化的趋势，可以较为有效的预测建筑物沉降达到稳定的时间[10]。所以在基坑开挖的过程中，要对基坑周边的建筑物、构筑物做好沉降量数据监测工作，确保施工过程的安全稳定。

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[10]魏鹏程．盖挖逆作法基坑开挖对周边环境影响的研究[D]．湖南：湘潭大学，2013．

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（4）对于高大模板支架施工过程中应采用安全监测的手段，实时了解支架体系变形和内力的变化，实现动态施工。施工过程安全监测理论和实践目前亦比较成熟，可以弥补高大支模的理论计算的不足，解决模板支架搭设和选料的质量难以控制的施工现象，能有效的减小高支模施工过程中的安全风险。

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[8]张向东.ANSYS有限元分析超级手册[M].北京：机械工业出版社，273-283.

Analysis on the Influence of the Building Settlement During Excavating at Hefei Subway Station

GU Meiting

(School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei, 230601,China)

The construction of subway is often located in the urban area with dense buildings. In order to avoid affecting the safety of surrounding buildings, building settlement caused by excavating must be strictly controlled . Based on the building settlement data at Qianshan Road Station of No.2 subway in Hefei, this paper discussed the related rules of building settlement during excavating process through the analysis of the building settlement data by numerical fitting . The results may provide guidance and suggestions for the project and subway construction in the future.

foundation engineering; building settlement; numerical fitting

TU411.01

A

2095-8382(2016)06-030-05

10.11921/j.issn.2095-8382.20160607

2016-03-09

顾美婷（1992-），女，硕士生，主要研究方向为地下结构工程。