深基坑工程对周边既有地铁车站的影响分析

王森辉

（福建六建集团有限公司 福州350014）

0 引言

近年来，随着我国经济飞速发展，城市更新建设的步伐也随之加快。城市地铁车站周边的住宅、商业等建筑物也如“雨后春笋”般拔地而起，则不可避免地在临近地铁周边建造建筑物地下室，然后基坑开挖由于卸土或者降水可能会对邻近环境［1-5］产生扰动，所以分析其影响程度，对基坑开挖的安全及稳定性显得尤为重要［6-9］。本文针对福州地区临近地铁车站的某基坑进行讨论，分析了基坑围护方案的可行性及安全性，以便于今后为类似项目提供参考案例。

1 基坑概况

本基坑东西向约63.6 m，南北向约45.5 m，整平后场地绝对标高为+3.8 m。根据相关专业的设计图纸，部分顶板覆土约为1.5 m。建筑标高±0.00 为+4.08 m，底板厚900 mm，垫层厚150 mm，故基坑深度约9.9 m。

2 土层情况及周边条件

2.1 土层情况

本工程场地为空地，局部存在水泥地坪；地形较平坦，实测勘探点地面标高在3.89～3.42 m 之间，施工前场地整平至绝对标高3.7 m位置。

本基坑坑内土层为①、②、③、③夹、④等土层，如图1所示，基坑坑底主要位于④层。

图1 地质剖面Fig.1 Geological Profile

2.2 周边构筑物概况

现状地铁车站为地下箱体结构，站体纵向沿东西布置，主体尺寸为323.8 m×22.6 m，东、西两端设端头井连接盾构区间，围护结构为800 mm厚地墙，在使用阶段一同承受侧向水土压力。车站底板埋深约17.5 m，车站围护外边线距离本地块基坑围护外边线约17 m，如图2所示。

3 基坑围护方案

3.1 围护方案的总体思路

根据挖深及周边环境，基坑邻近地铁车站一侧采用800 mm 厚地墙围护，局部与车站出入口共用围护结构，竖向设置2 道混凝土内支撑（第1 道为800 mm×800 mm，第2道为1 000 mm×800 mm）的基坑围护设计方案，如图2所示。

图2 邻近地铁侧基坑剖面Fig.2 Profile of Foundation Pit near the Subway

3.2 车站侧基坑开挖工序

本工程深基坑开挖采用自上而下顺作法，先施作围护结构体系，满足强度后进行卸土施工，卸土直至坑底并及时浇筑垫层及底板，达到强度后进行分部回筑并拆除混凝土支撑。具体施工工况如图3所示。

图3 基坑开挖工序Fig.3 Process of Foundation Pit Excavation

4 有限元分析

4.1 数值模型建立

采用通用有限元计算软件，建立二维有限元分析模型，如图4所示。

图4 有限元计算模型Fig.4 Finite Element Calculation Model

4.2 计算结果分析

根据图5、图6、可知，基坑围护墙侧向水平位移18.0 mm，根据《建筑基坑支护技术规程：JGJ 120-2012》规定，支护结构侧向水平位移限制为39.6 mm，基坑开挖安全性得到了保证。地铁车站的水平及竖向位移均小于10 mm，满足地铁运用管理变形控制要求。

图5 位移计算云图Fig.5 Cloud Diagram of Displacement Calculation

4.3 监测数据

控制围护结构、周边建（构）筑物及地下管线的变位、沉降和预报施工中出现的异常情况［10］，并正确指导施工。基坑施工时须对工程本体（主体、基坑围护）和周边环境（建、构筑物、管线、道路、地表等）进行第三方监测，地铁车站和区间可委托地铁维护公司进行监测，建立严格的监测网络，实现信息化施工。具体的监测数据如表1所示。

图6 车站处位移Fig.6 Displacement at the Station

表1 基坑开挖基坑监测数据Tab.1 Foundation Pit Excavation Monitoring Data

4.4 基坑开挖安全性处理措施

由图5、图6及表1可知，由于基坑开挖深度不深，且距离地铁车站较远，在土体卸载过程中，基坑围护变形及地铁车站变形均满足规范条文要求，且地铁车站变形值均在10 mm 以内，满足地铁运营变形控制要求，在可控范围内。

⑴ 按设计精心实施地基加固，增加被动土体强度，减小基坑位移。

⑵ 根据本工程的基坑平面形状及支撑布置等参数，合理布置基坑监测点，严密监测其变形。

⑶ 基坑开挖中采用时空效应原理，快挖快撑以减少基坑位移。

⑷ 基坑开挖阶段井点降水曲线必须封闭在基坑内。

⑸ 由底板浇筑至顶板期间，合理安排“拆”、“浇”工序，防止在此期间围护结构变形。

⑹ 重要构筑物附近预设跟踪注浆孔作为后备措施。

5 结论

本文以福建某临近既有地铁车站的深基坑为研究背景，借助有限元数值分析方法，建立了二维基坑开挖数值模型，对基坑开挖引起的临近构筑物的变形进行了研究。主要结论如下：

⑴ 深基坑开挖随着坑底土的卸载，围护结构的侧向水平位移沿着顶部往下逐渐增大，直到达到最大水平位移。

⑵ 围护结构侧向最大水平位移为18 mm，最大变形发生在坑底附近，在施工过程中，开挖至坑底标高时应尽快浇筑结构垫层及底板，必要时可在垫层内增设少量钢筋。

⑶ 通过设计计算和有限元模拟2种手段分析，无论是基坑变形还是周边环境影响，均在允许范围之内，技术方案安全可行。同时，结合施工过程中的监测，实行信息化施工，可以确保本工程基坑工程的安全、可控。