邻近加油站处基坑开挖的风险分析

王同华　郭少贤

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京　100034）



邻近加油站处基坑开挖的风险分析

王同华郭少贤

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京100034）

摘要：结合某地铁车站基坑工程概况，采用二维有限元软件PLAXIS 2D建立了分析模型，计算研究了基坑开挖卸载对邻近加油站油罐产生的影响，并对地铁运营期加油站油罐爆炸风险进行了评估，提出了一些基坑施工的建议。

关键词：地铁车站，基坑开挖，加油站，风险评估

随着我国国民经济高速发展，城市化进程加快，全国范围内轨道交通建设规模日益增加。而城市中加油站点也是随处可见。轨道交通选线有时难以避开已建的加油站等既有的风险源。因此对于地铁车站基坑邻近加油站的情况，我们需要重点分析评估加油站这一风险源在基坑开挖期间的风险问题和地铁运营期间的出入口人员的安全问题。

1　施工期基坑开挖风险评估分析

1.1基坑工程概况

某地铁车站基坑采用1 000 mm厚地下连续墙做围护，采用六道内支撑，其中第一道支撑、第三道支撑和第四道支撑为钢筋混凝土支撑，第二道支撑、第五道支撑和第六道支撑为钢支撑。基坑开挖深度25. 95 m，围护结构入土深度34 m，坑外降水至地表以下7 m，坑内采用裙边加固和内部抽条加固结合的形式，加固深度为坑底以下4 m处。本车站基坑地层参数见表1。从表1可见，本基坑开挖范围为深厚粉砂性土层。基坑围护及各出入口与加油站平面布置图见图1。

表1　地层物理力学性质表

图1　某基坑围护及各出入口与加油站的平面布置图

1.2加油站油罐设置概况

距本基坑开挖轮廓净距35 m处有一汽车加油站的地下油罐，具体设置见图2。加油站油罐为一排5个30 m3的钢制地埋式油罐，油罐尺寸为5 m（长）×2 m（宽）×3 m（高），油罐间边缘水平距离为1 m。

图2　基坑与加油站的平面布置图

加油站地下油罐埋设施工方法为：放坡开挖土层至设计标高，底部土层土质较好，在底部土层上浇筑混凝土底板并在地板上安装油罐支座，再将油罐安装到支座上，用中粗砂回填并分层夯实，最后用500 mm厚回填土夯实并浇筑混凝土面层。油罐埋设剖面图如图3所示，现场施工图如图4所示。

图3　油罐埋设剖面图

图4　油罐的埋设施工图

1.3计算分析及结果分析

为合理反映基坑开挖卸载对加油站油罐产生的附加变形影响，采用二维有限元软件PLAXIS 2D对基坑开挖产生的环境效应进行分析，以模拟基坑体系非线性变形下的坑周地层应力场和位移场。

计算参数见表1，拟开挖的基坑与加油站的平面布置图及加油站内地下油罐的布置如图2所示。

1.4计算结果分析

利用PLAXIS 2D建立的模型和网格划分情况如图5所示。

图5　计算模型及网格划分

开挖完成时的位移云图，水平位移云图如图6所示。

图6　水平位移云图

水平变形云图，最大水平变形发生在坑底角部土体处，最大值为52. 6 mm。

对于图6中右侧水平位移趋势分析如下：主体基坑坑底角部最大位移点向加油站油罐方向的水平位移呈渐变减小趋势。坑底角部以外8 m半径内水平位移约在35 mm～45 mm；坑底以外11 m～8 m半径范围内水平位移约在25 mm～35 mm；坑底角部11 m半径至油罐处水平位移约在15 mm～25 mm。

开挖完成时的位移云图，竖向位移云图如图7所示。

图7　竖向位移云图

竖向变形云图，坑底最大隆起量为68. 4 mm，坑外地表最大沉降量为-29. 7 mm。

对于图7中右侧竖向位移趋势分析如下：主体地墙外1. 5 m范围内地面沉降不明显，约在5 mm～15 mm之间；距离主体地墙1. 5 m～15 m范围内，地面沉降逐渐由15 mm增大到35 mm；距离主体地墙15 m～35 m之间，地面沉降约在35 mm～40 mm，较为平缓，也即加油罐位于地面沉降主要影响区域，沉降量较为平缓。

根据本次有限元计算结果可知：加油站各储油罐（距离基坑最近的油罐，次近的为2号油罐，依次类推）沉降数据如表2所示，其中1号油罐沉降最大为-29. 59 mm，5号油罐差异沉降量和差异沉降率最大分别为2. 37 mm和1. 19‰，坑底最大隆起量为68.4 mm，地面沉降最大值为-29. 7 mm，围护结构最大水平位移为47. 9 mm，均满足规范要求［1］。

表2　PLAXIS 2D计算所得各油罐沉降

计算过程中发现地下水位降深影响相比于基坑开挖的影响而言，加油罐受降水影响明显。另外，油罐及其上连接的输油管道并不是固定的，而是可以灵活上下移动（见图8），故可以忽略油罐发生沉降时对油罐其上的管道的不利影响［2］。

图8　加油站地下油罐及其上管道连接图

2　地铁运营期加油站油罐爆炸风险评估

加油站地下油罐爆炸模拟结果计算是建立在假定油罐内部已经充满燃油蒸气和空气的混合气体，在到达燃油蒸气爆炸极限时，并在外部条件作用下引发油罐内混合气体发生了爆炸的情况。而实际油罐爆炸的影响大大小于计算结果［2］。根据规范GB 50156—2012汽车加油加气站设计与施工规范［3］表4. 0. 4，加油站外建重要建筑物的安全距离应控制不小于50 m，另根据该规范附录B. 0. 1，地铁出入口、隧道出入口属于重要公共建筑，经测定，本工程的地铁出入口与加油站的距离大于50 m（见图1），满足规范要求。因此邻近加油站的地铁车站附属出入口设计满足规范要求。

3　风险评估结论及建议

1）通过PLAIXS 2D有限元模拟基坑开挖对附近的地下油罐的影响，有限元计算结果显示：1号油罐沉降最大（为-29. 59 mm），5号油罐差异沉降量和差异沉降率最大（分别为2. 37 mm和1. 19‰），均满足要求。2）加油站距离地铁车站出入口的距离也满足规范要求。3）鉴于各加油站修建年代不一，对于建设年代较早的加油站，其输油管线的安全在周边基坑施工前进行安全鉴定。同时建议地铁车站施工期间对其加强沉降监测及巡检，以便于及时掌握加油站油罐的沉降信息和有无漏气的情况。4）邻近基坑处的加油站是否安全主要取决于该处基坑是否安全，也即基坑自身安全的前提下，尽量减小因基坑开挖对周边环境造成的影响。因此对于深厚粉砂性地层中坑外降水须为控制性降水不能急速降水，否则对环境影响较大。

参考文献：

［1］GB 50911—2013，城市轨道交通工程监测技术规范［S］.

［2］游鹏飞，寇玮华，魏丹.加油站地下储油罐爆炸能量伤害结果模拟评价［J］.工业安全与环保，2008，10（34）：36-38.

［3］GB 50156—2012，汽车加油加气站设计与施工规范［S］.

The risk analysis on nearby gas station foundation pit excavation

Wang Tonghua Guo Shaoxian
（Beijing Urban Construction Design and Development Group Limited Company by Share，Beijing 100034，China）

Abstract：Combining with the foundation pit engineering general situation of a subway station，using the two-dimensional finite element software PLAXIS 2D established the analysis model，calculated and researched the influence of foundation pit excavation unloading to nearby gas station oil tank，evaluated the gas station oil tank explosion risk in subway operation period，put forward some advice on some foundation pit construction.

Key words：subway station，foundation pit excavation，gas station，risk assessment

中图分类号：TU473. 2

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0090-02

收稿日期：2016-01-16

作者简介：王同华（1983-），女，硕士，工程师；郭少贤（1984-），男，硕士，工程师