地铁车站深基坑开挖变形与影响因素探究

刘国锋

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

根据统计，我国已经有60 多座城市有了或者正在开发轨道线路，总里程大约有7000 多公里[1]。城市轨道建设规模在不断加大，而其周边又存在很多建筑物，因此必须考虑挖掘地铁基坑对周围环境的影响。

1 地铁车站深基坑开挖对周边建筑物结构安全的影响

开挖深基坑对周边建筑物的影响一般遵循以下规律：①挖掘基坑时会使周边土层受到不均衡的压力，致使基坑四周出现变形；②变形后会使相应的土体结构产生移动；③土体结构移动后会产生一定内力从而影响到周围建筑物的稳定性。

1.1 深基坑开挖对周边建筑物结构的安全影响评估

1.1.1 搜集基础资料

在全面调查的基础上，仔细分析深基坑的地质状况和周围建筑物分布状况，尽可能多地搜集相关地质和水文数据，然后据此采取措施维护周边建筑物结构的稳定性。首先是规划地铁深基坑开挖支护方案；其次是详细了解地铁车站构造的相关参数；最后全面评估开挖深基坑可能造成的影响。

1.1.2 三维数值模型分析

全面了解地铁车站和周围建筑物的结构特点，再深入分析需要开挖的深基坑状况，并根据分析结果得出相应的支护方案。再分析模拟开挖基坑可能产生的问题，同时分析车站的构造以及应当采取的支护措施，并考虑支护方案可能受到的影响，做出对周边建筑物维护的综合评估。

1.1.3 根据计算结果得出开挖方案

（1）计算车站整体结构产生移动的状况并总结结果，同时参考类似的地铁开挖深基坑参数，综合分析后得出结果。

（2）总结深基坑地质状况和支护结构特点，分析地铁深基坑的安全状况。要根据实际情况科学安排开挖深基坑的进展，并做到合理协调、统一指挥，确保工程安全施工。

（3）在认真总结、全面分析的基础上，采取合理措施进行基坑开挖，同时按照分区、分层和对称的原则安全施工，只有遵循这样的原则才能在开挖过程中确保车站和其相应结构的安全[2]。

另外，要及时监测施工现场水平位移状况，并根据监测结果采取科学合理的施工方案，配置相应的降排水设备，及时关注容易出问题的节点，做好相应的应急方案。

1.2 基坑开挖施工安全防护措施

1.2.1 基坑分区开挖措施

在深基坑的分区开挖施工过程中，应加强各区域围护结构的稳定性，选取常规的十字对撑加角撑形式支撑围护墙的水平结构。保证支撑架设的及时性，最大程度降低负面影响，确保地铁车站的安全性。

1.2.2 坑内地基加固措施

若开挖的分区具有差异性，则选取的加固措施也应有显著区别，每种地质环境都有与之相对应的加固方法，为了符合施工要求，一定要保证良好的加固效果。此之，由于深基坑开挖易出现复杂的地质问题，因此应选取科学的加固措施，降低因深基坑开挖对地铁车站周边建筑物结构造成的负面影响，如坍塌、沉降和开裂等。

1.2.3 分块对称开挖措施

对于不同的地质环境，选取的操作方法和最终产生的结果也有差异，因此，应选择合理有效的开挖方法。根据分块对称开挖原则，不仅要及时对基坑支护实施加固措施，还应精准控制开挖土方，避免因过度开挖而发生伤害性事件，比如影响人们的人身安全等，此外，还要加强对周围的支护，确保整个支撑体系的稳定性。

2 地铁车站深基坑开挖变形控制管理办法与基坑降水管控措施

2.1 深基坑变形控制管理办法

常规的工程是以机械开挖为主，人工配合为辅，各个环节都需要确保安全。正式开挖前，首先要对钢筋混凝土支撑及钢支撑和钢连系梁进行处理；其次是按照图纸要求进一步加工，将钢支撑与地连墙连接。当形成基坑围护结构后，要根据“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，将基坑作纵向分段、支撑道数分层的处理。实施过程中要保持一定的对称性和平衡性。在开挖的过程中，安全意识必不可少，要实时监测、确保安全。应先开挖地连墙接缝处，掏槽检缝，进行安全方面的检查，如果安全就继续施工，反之则需采取回土反压、堵漏等措施。同时，要坚持适量的原则，不能超挖、深挖，并且保护周围的降水井不被破坏。前期工程结束后，对成品进行保护，不得使其受到二次破坏。具体的保护措施如下。

（1）支护结构保护。确保结构的完整、规范性，要对支护结构进行检查与防护，及时排查其有无出现裂缝、较大的变形、渗漏水等不良情况；还要查看地连墙，防止其出现沉陷、滑移、涌土、流沙等现象。

（2）在基坑开挖。保持与要求的一致性，如开挖出的土体土质与岩土勘察报告、开挖范围与深度、土层的高低宽窄程度、地表水与地下水资源的保护及排放情况、降水设备的运行、基坑周边装备布置情况等，都需要及时地进行排查与防护，若有特殊情况，要加以更正。

（3）基坑周边环境。要进行实时检查，检查管道的使用情况、周边建筑的墙体变化、路面的破损程度以及周围植物等是否出现异常。

（4）实施监测。检查设备的完整性，检查基准点、监测点、检测元件与其他检测设备是否已经准备到位，排除障碍物。

（5）符合设计图纸及设计要求中提到的其他相关注意事项。

2.2 基坑降水管控措施

2.2.1 基坑降水与周边环境的关系

做好基坑降水工作，首先是适当的含水量，一般将基坑水位控制在坑底以下1.0～2.0 m，有利于基坑内工作人员进行施工作业；其次，稳定的降水系统能够保持基坑的稳定性，防止滑坡、流沙等不安全因素的出现；最后，适当的水位高度能够减少对承压水水头的压力，减小地表的沉陷程度，保护周围的环境。具体方法如下。

（1）按照基坑开挖深度、大小控制降水井的数量，并对抽水量进行人为干预。

（2）对降水井的抽水量进行观测和记录，可以借助流量计提高观测的准确度。

（3）加强对围护结构的安全检测。实行降水前，运用相关的方法检查，预判围护结构是否存在渗漏情况，如有，做好修补防护措施，避免开挖过程中出现涌水。

（4）在施工的过程中，如果出现降水井不能使用的情况，要立即安排维修人员对用电线路及水泵进行察看，针对不同环节出现的问题进行专项排查和解决，以此保证降水任务的顺利开展。按照工程要求，降水过程中要准备10 台以上的备用泵，占正常使用泵的10%以上，泵的启动系统要切实可靠[3]。

（5）降水井的正常运行对整个工程起着至关重要的作用。因此在施工过程中，要加强对降水井的安全检查工作。降水井运行时，需要有充足的电力，对此，最好的解决方法是提供双电源支持，分别是工业用电和应急发电机，并定期对发电机进行试运行，使电路时刻处于正常准备状态，以保证降水井得到持续供电，避免造成严重后果。

（6）对地表水和地下水的疏干降水，不可盲目进行，要根据基坑的开挖深度与周围的水质状况进行施工。可以采用2 个步骤，分别是先将水位降至第二道支撑下2 m，然后把水位降至基底以下1 m。疏干降水过程有一定的时间要求，即每个阶段降水在基坑开挖前15～20 d 进行，等到基坑施工过程中部分程序得到稳定之后，再开始后续工作。

2.2.2 基坑降水的管控措施

（1）在基坑降水前，要接受专家的建议和指导，严格按规定施工。

（2）对基坑降水运行过程进行全面监控。充分发挥周围设置的检查基准点、监测点、检测元件与其他检测设备的作用，发现特殊情况，应及时进行处理。

（3）对抽水设备及其运行情况进行监测。为了保证抽水设备处于不间断运行状态，要对水泵的工作压力、真空泵、电机、水泵温度、电流、电压、出水情况进行监测。

（4）水泵抽水要按照一定的标准和要求进行，要参照开挖深度与范围，不得超时抽水、过量抽水，通过适当的监测，可以对潜水水位进行合理控制，防止因使用不合理的降水设备而导致水位降低，从而对基坑周边环境造成不可挽回的损失。

（5）除了对基坑内水位进行监测外，还要关注基坑外的地下水水位。如果基坑外的地下水水位发生变化，就要及时调整抽水井的运行，控制抽水量。

（6）使用抽水设备时，要进行定期保养和维修，避免杂物掉进井内。冬季要采取相应的防冻措施。

（7）将监测到的数据进行分析、整理和研判。如通过分析试降水监测结果，可以及时修正其渗透系数；对水位、水量的数据进行整理，可以绘制水量Q、时间t 和水位降深S 的关系曲线，分析其发展趋势，预测将要达到的目标。

3 结语

通过分析地铁车站深基坑开挖前、开挖时的安全影响因素，能够对相关工程的实施起到示范作用，从而保证工程安全稳定实施。