地铁基坑开挖对临近建筑物的风险影响分析

陈飞 陈寿堂 罗欣宇

摘 要：按照《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB50652-2011）的要求，文章对武汉地铁7号线某车站附属出入口基坑环境重大风险源进行识别，结合该基坑的工程地质特征、开挖深度提出合理的风险源控制措施，并采用有限元数值模拟方法，计算分析地铁基坑开挖对临近建筑物的影响，确保基坑工程施工时周边建筑物的安全性，为今后类似工程提供设计施工经验。

关键词：地铁基坑 风险分析 数值模拟

按照我国《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB50652-2011）的要求，在地下工程建设前，应对周边环境风险进行识别，对重大风险源应进行影响分析，并采取有针对性的措施降低风险源等级，确保工程安全。文章以武汉地铁7号线某车站附属出入口基坑开挖对临近8层建筑物的风险影响分析为背景，提出针对性风险源控制措施，并采用有限元数值模拟方法，研究了高承压水、软弱土地区基坑开挖对临近建筑物的风险影响分析，确保基坑工程的顺利实施，为类似工程提供施工经验。

1.工程概况

本车站附属出入口位于长江一级阶地，整个基坑开挖最大深度约为14.8m，开挖面积约310m2。出入口距临近8层建筑物2.2m，该建筑物基础形式为静压方桩，桩长12m。基坑开挖范围内的岩土层主要为（1-1）杂填土、（3-2）黏土、（3-3）淤泥质黏土、（3-4）粉质黏土夹粉土、（3-5）粉质黏土、粉土、粉砂互层，基坑底部的岩土层主要为（4-1b）粉砂夹粉土、粉质黏土、（4-1）粉细砂。拟建场地地下水主要类型有上层滞水、孔隙承压水及基岩裂隙水。孔隙承压水主要赋存于（4）单元砂性土中，含水层厚度一般为20～40m，含水层渗透性一般随深度递增，主要接受侧向地下水的补给及向侧向排泄，与长江水水力联系密切，呈互补关系，地下水位季节性变化规律明显，水量较为丰富。勘察期间承压水头位于地表以下3m。

2.基坑风险控制措施设计

按照《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB50652-2011），8层建筑物为一般设施，明挖法基坑距建筑物的距离2.2m<0.7H（H位基坑开挖深度），临近关系为非常接近，初步判定该环境风险等级为Ⅱ级，属于重大环境风险源，需进行风险影响分析，并采取针对性措施确保安全。

按照国家和湖北省建筑基坑支护的有关技术规范和规定，本基坑支护工程重要性等级为一级，针对周边建构筑物环境风险，本附属基坑主要采取以下措施：

（1）加强支护刚度，控制基坑自身变形。本此所设计附属基坑采用1000@1200钻孔灌注桩加3道内支撑作为围护结构，可有效控制基坑本身变形，减小对临近建筑物的影响。

（2）地基加固，对附属基坑采用Φ850@600三轴水泥搅拌桩对坑底进行满堂加固，加固深度3m，水泥加固体可提高被动区抗力，在一定程度上形成地下暗撑体系，控制围护桩变形。

（3）控制降水，采用封降结合形式，坑内采用三轴搅拌桩满堂加固，加固深度为坑底以下3m，坑外设置三轴搅拌桩止水帷幕；施工时严格控制降水，做到按需降水，减小降水对临近建筑物的影响。

（4）精细化施工。挖土控制、架撑及时、严禁超挖。挖土应分层、对称、均衡、限时，禁止超挖，基坑见底后应及时浇筑垫层及底板，快速封闭坑底。

3.数值模拟计算及分析

3.1有限元模型

采用PLAXIS有限元软件建立一个宽度方向100m，高度方向50m的基坑开挖模型。根据地勘钻孔将地层分为7层，建筑荷载按每层18kPa取值，共计144kPa。有限元计算模型如图1所示。

3.2计算参数及施工阶段模拟

每层土的参数均来自实际的勘察资料，见表1。有限元模拟施工过程如下：（1）初始应力场分析，位移清零。（2）施工建筑物及其桩基础。（3）施工基坑围护结构。（4）开挖第1层土，架设第1道支撑。（5）开挖第2层土，架设第2道支撑。（6）开挖第3层土，架设第3道支撑。（7）开挖第4层土。

3.3模计算结果分析

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）建筑物及基础变形控制的标准如下：（1）高层建筑基础的平均沉降量为200mm。（2）工业与民用建筑相邻柱基（框架结构）的沉降差允许值为0.002L（L为相邻柱基的中心距离）。（3）工业与民用建筑多层和高层建筑物（24

基坑开挖到底时水平位移云图如图2所示，竖向位移云图如图3所示，可看出，基坑开挖到底时，围护结构最大水平位移为23mm。8层建筑物距离基坑最近的一根桩，其水平位移为14mm，竖向沉降为9.9mm；距离基坑最远的一根桩，其水平位移为2.1mm；竖向沉降为3.7mm。房屋基础位移变形值<规范允许值200mm。两桩柱基沉降差为6.2mm<0.002L=20mm（L为相邻柱基的中心距离），建筑物整体倾斜率为0.001<0.003。

综上所述，对照计算结果与建筑物变形控制标准，附属基坑开挖引起的建筑物及基础沉降能满足规范要求的变形允许值。

4.结束语

综上所述，通过对高承压水、软弱土地区基坑采用加强支护刚度、地基加固、控制降水、精细化施工等措施可有效控制基坑及周边建筑物变形，大大降低周边建筑物风险等级，基坑实施时具备足够的安全性和可靠性。通过各种工程措施处理后，由于客观因素的多变以及巖土工程的特征，基坑残留风险仍然存在，在施工过程中要加强监控措施，做好风险管理，从而达到控制风险、减少损失的目的。

参考文献：

[1]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]龚晓南.地基处理手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3]和澄亮.地铁既有深基坑拓宽工法及对临近历史风貌建筑物的保护[D].天津：天津大学，2014.