软土地层地铁车站基坑开挖对邻近建构筑物的影响分析

马耀仁 于加云 惠弘煜 张海莉

【摘    要】：为了有效解决软土地区地铁车站基坑施工引起周围建（构）筑物变形的问题，以实际工程为例，采用理正及Plaxis等计算软件，分析软土地区地铁基坑开挖对邻近重要建（构）筑物影响规律，总结出软土地层地铁车站基坑设计及施工要点。

【关键词】：地铁车站； 软土地层；基坑开挖

【中图分类号】：U231.4【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2024）01-12-04

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.004

收稿日期：2023-02-27

作者简介：马耀仁（1988 - ）， 男， 碩士， 江苏盐城人， 高级工程师， 从事岩土工程设计工作。

Analysis of Excavation of Subway Station Foundation Pit in Soft Soil Area Affects Nearby Areas Buildings

MA Yaoren，YU Jiayun ，HUI Hongyu，ZHANG Haili

（ China Railway Liuyuan Group Co. Ltd.， Wuxi 214000， China ）

【Abstract】：In order to effectively solve the problem of deformation of surrounding buildings caused by the construction of subway station foundation pits in soft soil areas， this article takes actual engineering cases as example and uses calculation software such as Lizheng and Plaxis to analyze the impact of subway foundation pit excavation in soft soil layers on adjacent important buildings and structures and summarizes the design and construction points of subway station foundation pits in soft soil layers.

【Key words】：subway stations; soft soil stratum; excavation of foundation pits

目前对于地铁车站基坑开挖对周边建构筑物影响的研究已经相当成熟[1～4]，学者通过理论分析、模型试验、现场监测以及数值模拟等多种方法对基坑开挖对邻近建（构）筑物的影响进行了研究；但多基于一般土层，对于软土地层条件下基坑开挖对周边建构筑物影响的研究还比较少。

无锡—江阴城际轨道交通工程地下段车站主要坐落于长江漫滩软土地层，车站基坑施工极易引起周边既有建构筑物变形。本文基于中山公园站实例，采用理正深基坑软件对车站主体基坑进行了平面计算并运用Plaxis有限元软件对基坑开挖过程进行了数值模拟，得出了基坑施工对邻近重要建构筑物的影响规律，并对类似软土地区地铁基坑工程的设计和施工提出了合理建议。

1 工程概况

中山公园站为无锡—江阴城际轨道交通工程的第2座站，位于虹桥路与人民路交叉口，沿虹桥路敷设，为地下2层岛式车站，车站外包总长210.6 m、有效站台宽14 m、标准段宽度为22.7 m。车站西侧为实验小学、人民商场及中医院，东侧为中山公园，西南侧为精品商厦，东南侧为百乐城。见图1。

车站沿线地势整体上较平坦，场地区域地貌单元为长江三角洲太湖冲湖积平原，主要位于软土地层，自上而下依次为①1杂填土、②1淤泥质粉质黏土、②2黏质粉土、②3淤泥质粉质黏土、②4粉质黏土、③1黏土、⑥1粉质黏土、⑥2黏土、⑥3粉质黏土、⑥5黏土、⑦2砂质粉土夹粉砂。车站底板主要位于⑥2层。地下水主要为潜水、微承压水、承压水，主要影响为⑦2粉土夹粉砂层承压水层。见表1。

2 基坑施工对邻近建构筑物影响分析

车站标准段基坑深度约为16.4 m，端头井基坑深度约为18.2 m，围护结构采用800 mm厚地下连续墙+内支撑体系。标准段采用1道混凝土支撑+2道钢支撑（直径为800/609 mm，壁厚16 mm），端头采用2道混凝土支撑+1道钢支撑+1道钢换撑（直径均为609 mm，壁厚16 mm），车站标准段及端头井段抗承压水稳定性安全系数均<1.1，抗承压水稳定性均不满足要求，车站采取素混凝土隔断⑦2 层的措施。距离车站最近的建筑物为人民商场，该建筑建造于20世纪90年代，框架结构，地上6层，桩基础形式，桩长12.0 m。根据理正深基坑软件的初步计算结果，在主体基坑开挖及回筑过程中，围护最大水平位移21 mm，接近车站围护结构最大水平位移25 mm，地面的最大沉降为28 mm，超过了地面最大沉降量限值25 mm，故该基坑需进一步采取加强措施控制变形的发生。

为保证车站基坑施工时人民商场及基坑的安全，降低风险，设计时采取如下加强措施：

1）人民商场处基坑第一道混凝土支撑采用八字撑，横向间距为7.5 m；第二、三道采用钢支撑，横向间距为2.6 m，通过加强对邻近人民商场地下连续墙的被动变形控制，减小结构的变形；

2）基坑底采用裙边+抽条加固形式，加固范围为基底以下3 m、加固宽度为3 m，见图2；

3）基坑距离人民商场较近处采用2排袖阀管注浆加固以抑制地基变形，注浆范围为地面至人民商场基础底，长约20 m、宽度约为2 m；

4）地下连续墙两侧采用槽壁加固，防止成槽塌孔引起的不利影响。

人民商场处采取加强措施后的基坑支护剖面见图3。

3 基坑开挖计算分析

采用理正和Plaxis计算软件对人民商场处的地铁车站基坑断面进行计算分析，判断车站围护结构设计方案的可行性，得出软土地层基坑施工对邻近重要建构筑物的影响规律。

3.1 理正深基坑建模分析

根据车站基坑变形控制保护等级标准及车站周边环境保护要求，车站基坑安全及侧壁变形均按一级考虑，围护结构最大水平位移≤0.15%H（H为基坑开挖深度）且≤30 mm，地面最大沉降≤0.15%H。

围护结构按照平面问题进行分析，采用增量法模拟基坑施工过程[2]、计入变形及后支撑对围护结构受力的影响，采用理正深基坑软件进行计算。基坑底采取抽条加固措施后，基底②1淤泥质粉质黏土、②3淤泥质粉质黏土的土体力学参数按表2取值，其余土层按表1取值。

结果显示：坑内最大弯矩为74 kN·m，坑外最大弯矩为481 kN·m，最大剪力为321 kN，基坑最大沉降量为17 mm，基坑最大水平位移为18.37 mm。车站主体基坑施工过程中所产生的基坑变形及地面沉降计算值均在允许范围内。见图4。

3.2 二维建模分析

1）采用有限元软件Plaxis建立二维模型，模拟基坑开挖过程对邻近建筑结构的影响。根据基坑支护形式及工程地质特点，选取车站基坑标准段进行分析。土体采用实体单元，地面超载取20 kPa，建筑物地上部分结构荷载以15 kPa考虑，模型底部及左右分别采用固端约束与水平约束，本构模型采用HS-small模型。开挖过程按基坑挖到底部的最不利工况进行计算。见图5。

第一步：计算人民商场建成后的状态。

第二步：将第一步计算位移清零，计算基坑地下连续墙完成后状态。

第三步：计算基坑开挖至第一道支撑以下0.5 m后状态。

第四步：计算架设第一道支撑后的状态。

第五步：计算基坑开挖至第二道支撑以下0.5 m后状态。

第六步：计算架设第二道支撑后的状态。

第七步：计算基坑开挖至第三道支撑以下0.5 m后状态。

第八步：计算架设第三道支撑后的状态。

第九步：计算基坑开挖完成的状态。

基坑开挖后，建筑物基础最大水平位移4.14 mm（向基坑侧），底板最大沉降12.4 mm，基础底板最大沉降差为2.19 mm，基础最大倾斜率0.12%；基坑右侧地表最大水平位移为13.5 mm，最大沉降为18.3 mm，与理正深基坑软件计算趋势基本吻合。见表2。

4 结论与建议

1）理正深基坑软件在基坑设计时存在一定的局限性，二维有限元数值模拟能够较好反映基坑开挖施工过程对邻近建构筑物的变形情况及规律。

2）位于城市中心区域的大部分地铁车站，周边建构筑物及管线等环境风险较高，在设计过程中，需考虑设置主动保护及加强措施。

3）开挖基坑位于软土地层，特别是淤泥质土层时，在基坑与邻近建构筑物之间设置一定的加强措施，如加强支撑钢度、注浆、槽壁加固等，可有效降低基坑开挖对周边建构筑物的影响。

4）通过对基坑数值模拟分析和对关键保护部位加固设计，可有效减小邻近重要保护建构筑物的水平位移和沉降，降低基坑施工的不利影响。

参考文献：

[1] 朱炎兵，周小华，魏仕锋，等．临近既有地铁车站的基坑变形性状研究[J]．岩土力学，2013，34（10）：2997-3002．

[2] 欧士嘉．轨道交通地铁车站基坑开挖对临近建筑物的影响分析[J].铁路工程，2020，（7）：170-173+183.

[3] 王同华．杭州地铁深厚软土地区基坑开挖性状分析研究[J].山西建筑，2016，42（13）：81-83．

[4] 沈华骏，蒋   正，祝   斌.軟土地区某地铁车站深基坑变形分析[J].城市勘测，2022，（5）：184-189．