地铁基坑开挖对临近建筑物的风险影响分析获奖科研报告

地铁基坑开挖对临近建筑物的风险影响分析获奖科研报告摘要：当今时代，地铁的出现大大方便了人们的出行，节约了出行时间。地铁线路走向中，人口分布是一个重要因素，地铁建设通过人口集中、房屋密集的城区是必然的，而城区的城市发展及配套成熟，土地价值较高，房屋价格往往也是一个城市的高点，因此相应的拆迁成本也很高，为了减小不必要的拆迁控制地铁建设的造价，对于在临近既有建筑物周边进行基坑施工是必须面对和克服的一个问题。

关键词：地铁基坑开挖;临近建筑物;风险影响

引言

城市化建设的迅速发展，地铁成了各大城市解决交通困难的重要途径。在城市的中心繁华地段进行地铁车站深基坑工程施工，由于周围施工环境复杂，场地狭小，周边高层建筑物较多并且密集，距离基坑很近，因此不仅需要考虑基坑本身的安全问题还应该加强地铁基坑施工过程中对临近建筑物的影响性分析研究。以确保建筑物的安全，避免造成安全事故。

1工程概况

某地铁工程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）施工建筑物及其樁基础。（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根据保护等级划分制定相应措施

考虑车站施工对周边建筑的累计影响，建筑物保护划分为围护结构施工、基坑开挖、附属施工3个阶段。针对每个阶段可能产生的不利影响，采取了相应的技术措施，也充分考虑各阶段前后关联影响。

①车站围护结构采用工字钢接头形式的地连墙。综合前期实地调查和补勘，地连墙在可能存在越流补给的范围进行了局部加深，隔断对基坑稳定存在影响的承压水层。考虑地连墙成槽阶段因塌方或缩颈等因素对临近建筑的影响，以及后期渗漏风险，对建筑范围地连墙采取三轴搅拌桩进行槽壁加固，加固深度至基坑底下1m。建筑侧地连墙未考虑槽壁加固，但增设了墙缝止水旋喷桩。

②提高围护结构支撑刚度，减小基坑开挖变形。临近建筑范围的地连墙增厚为1.0m（其他范围为0.8m地连墙）。同时该范围采用2道混凝土支撑+2道钢支撑。鉴于第2道混凝土支撑施工施工时间较长，强度增长慢，在第2道混凝土支撑上部1m处设置1道临时钢支撑，控制过程变形。

③分坑开挖，减小基坑暴露时间。基坑设置2道中隔墙，施工中先开挖两端基坑1#、2#基坑，结构封顶并达到设计强度后，再开挖中间3#基坑。

④附属施工阶段，附属基坑距离建筑物距离更近，虽出入口基坑开挖较浅，但仍存在较大风险，因此在出入口临近建筑物一侧围护结构均采用0.6m厚地连墙。

⑤应急储备措施：建筑周边预留袖阀管注浆措施，根据监测情况，在必要时对房屋进行跟踪补偿注浆。

结语

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