河漫滩区地铁基坑工程周围地表沉降分析

宋晋鹏

（山西工程科技职业大学，山西 晋中 030600）

0 引言

随着城市规模的不断扩大和人口的不断增长，交通拥挤问题日益突出，成为制约城市发展的重要因素[1]。

地铁是在城市中修建的快速、大运量、用电力牵引的轨道交通，具有节省土地、减少噪音、节约能源、减少污染等优点，能够有效缓解城市出行困难的问题[2]。但同时，地铁施工也面临着工程地质复杂、工程建设规模大、技术要求要、协调难度大、安全风险大等问题，尤其是在特殊岩土地区进行地铁建设，面临的施工问题更加严峻。

河漫滩是河道变迁以后，形成的地形较低、平整，软土层比较稳定，部分土层还在固结过程中的区域[3-5]。河漫滩区域工程地质条件较为复杂，进行地铁施工可能会对周边环境造成严重影响，尤其是基坑周边的沉降问题，会严重影响既有建筑物的稳定和安全。基于此，本文结合松花江河漫滩区地铁车站基坑工程，分析基坑周边地表沉降情况，以供设计和施工人员参考。

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

某地铁车站位于松花江河漫滩区，地铁车站环境较为复杂。一个框架结构的酒店位于车站的西南侧，共18 层，距离车站基坑最近处为6m；南侧是一个浅基础的四层砖混结构医院，和车站基坑距离最近处为2.40m。场地周边环境平面布置图如图1所示。

1.2 工程地质条件

该场地岩土层从上至下依次为杂填土、粉质粘土、粉砂、粉质粘土、中砂、粉质粘土和砂砾。工程场地部分土体物理力学指标如表1所示。

表1 工程场地土层特征与物理力学指标

2 基坑周边地表沉降监测分析

2.1 监测断面布置

为了分析基坑工程施工对周边环境的危害情况，需要对基坑周边地表进行实时监测，监测断面如图2所示。

图2 基坑周边地表监测断面图

2.2 监测结果分析

提取基坑周边地表沉降的监测数据，绘制地表沉降曲线图，如图3 所示。由图3 可以可知，基坑开挖的前中期周边地表沉降相对均匀，没有出现极值点；而在基坑开挖的后期，周边地表沉降出现了极大值点；地表沉降在距离基坑13.4m 处达到最大，其值为-8.27mm。

图3 实测基坑周边地表沉降曲线图

3 基坑周边地表沉降模拟分析

3.1 模型建立

结合基坑开挖实际情况，运用大型有限元分析软件，对基坑开挖过程中周边地表的沉降情况进行了全过程模拟，计算模型采用MIDAS-GTS NX 构建。模型中采用D-P（德鲁克-普拉格）本构模型模拟土体的弹塑性行为。基坑开挖三维计算模型如图4所示。

图4 基坑开挖三维计算模型

3.2 模拟结果

根据有限元模型中基坑周围地表沉降数据，按照距离基坑的远近绘制地表沉降曲线如图5。

图5 基坑周围地表沉降位移曲线图

由图5 可以得出，距离基坑边缘的地表出现隆起，其最大隆起量为1.97mm。随着距离基坑越远，周围地表的沉降量出现逐渐增大的趋势，在距离基坑13m 的位置处沉降量最大，为-7.18mm；之后，地表沉降量逐渐减小，直到距离基坑30m处沉降为0mm。

3.3 模拟结果与监测结果对比

根据有限元模型中基坑地表沉降数据，提取第四次开挖时的地表沉降数值并与施工第95 天的监测数据进行对比绘制曲线如图6。

图6 地表沉降对比曲线图

由图6 可知，数值模拟的曲线在实测数据曲线的上方，说明数值模拟的数值均小于实测数值，其原因为在数值模拟计算中并把支撑安装时效性对支撑受力的影响考虑在内。两条曲线均比较平滑，均在距离基坑13m 左右出现沉降最大值。在实测曲线中基坑没有隆起而数值模拟中基坑却出现了隆起，究其原因为数值模拟是一个整体的过程，考虑的施工时间较短、影响因素较少，而在监测数据中，施工上连续墙连接处夹泥和轻微的渗漏导致前期强度刚度的发挥欠佳等都会影响基底边缘土体的沉降位移。

4 既有医院加固前后地表沉降分析

4.1 医院建筑加固措施

从上述基坑周边地表沉降监测与有限元分析结果可知，基坑开挖对临近建筑物影响较大。该基坑周围临近建筑物较多，其中南侧为四层砖混结构医院，浅基础，且为历史建筑，距离基坑内壁最小距离仅为2.40m。

为了保证医院的安全，对医院采取保护措施，主要是在医院地下连续墙外侧加设咬合桩（Ф1200@800，咬合800）作为保护措施[6]，咬合桩的构造见图7所示。

图7 咬合桩示意图

4.2 加固前后医院沉降分析

在既有临近建筑物（医院）基础下侧无加固措施情况下与在既有临近建筑物（医院）基础外侧打排桩加固措施工况下做数值模拟分析，分别提取数据并绘制曲线如图8和图9。

图8 医院无加固沉降曲线图

图9 医院有加固沉降曲线图

由图8和图9可知，医院基础下侧无加固措施情况下基础下方的最大沉降值为-25.14mm，医院基础下侧有加固措施情况下基础下方的最大沉降值为-11.07mm。加固后建筑物的沉降相对小并且稳定，最大沉降的位置也发生了变化。因此在基坑施工过程中，对既有临近建筑物地基采取合理加固措施后沉降大大减小，有效降低了工程施工风险。

5 结束语

本文结合松花江河漫滩区地铁车站基坑工程，首先利用工程监测的方法对基坑周围地表沉降情况进行了分析，再利用有限元数值模拟的方法对基坑周围地表沉降情况进行了分析，并对比分析了两种方法得到的结果，认为数值模拟得到的沉降值比工程监测得到的沉降值要小，但是两种方法得到的结果在距基坑不同位置处的沉降变化趋势相同。最后，对既有建筑物加固前后的沉降模拟结果进行了分析，肯定了加固效果。