软土地区地铁车站深基坑邻近建筑物环境风险控制措施研究

刘林贵，张君，谢鑫波

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100032）

1 引言

在我国南方软土地区城市核心区建造明（盖）挖法地铁车站，不可避免地会遇到车站深基坑邻近周边建筑物的环境风险，如何采取有效的风险控制措施，减少基坑开挖引起的周边建筑物的变形，确保基坑工程施工期间周边环境的安全，是软土地区深基坑工程的关键点。针对软土地区深基坑及邻近建筑物的变形规律，郑翔[1]等依托宁波地铁4 号线双东路车站基坑工程，对施工全过程导致的邻近建筑物和地表沉降进行监测分析，结果显示基坑开挖引起的建筑物沉降呈现显著的时空效应，采用钢支撑轴力伺服系统是减小邻近建筑物变形速率的有效措施。钢支撑轴力伺服系统是一套智能基坑水平位移控制系统，具有低压时轴力自动补偿，高压时轴力自动报警的功能，可以有效减小基坑开挖对周边环境的影响[2-3]。王义盛[4]以上海某地铁车站为例，分析了软土地区超深基坑工程的特点及难点，提出了软土地区地铁车站超深基坑变形控制技术。许瑞[5]以上海某基坑工程为例，分析了工程特点并据此选择基坑围护方案，详细介绍了软土地区基坑工程设计选型与施工管控的相关措施。

2 工程概况

2.1 地铁车站基坑概况

该车站总长182 m，标准段宽23.7 m，为地下3 层双柱3 跨箱形框架结构，顶板覆土约3 m，底板埋深约25.43 m，车站两端盾构井处结构宽28.3 m，底板埋深约27.23 m。车站采用半幅盖挖顺筑法施工，车站基坑围护结构采用1.2 m 厚地下连续墙，竖向设置7 道内支撑。

2.2 工程地质及水文地质概况

拟建场区为湖沼积平原地貌，地貌形态单一，自然地面较平坦。地层从上到下依次为①1碎石填土、①2素填土、④1淤泥质黏土、④2淤泥质粉质黏土、④3淤泥质粉质黏土、⑤2粉质黏土夹粉土、⑥2淤泥质粉质黏土、⑦1粉质黏土、⑮粉质黏土、㉑2a强风化安山玢岩、㉑3a-1中风化上段安山玢岩、㉑3a-2中风化下段安山玢岩，各地层物理力学参数见表1。车站底板位于⑦1粉质黏土层，车站基坑开挖范围内土层主要为④~⑥层淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土层（即软土地层）。④~⑥层软土地层为流塑状态，含有机质、腐殖质，为高压缩性、高灵敏度土，施工开挖易扰动。

表1 地层物理力学参数表

拟建场区地下水类型主要是第四系松散土层孔隙潜水及基岩裂隙水，孔隙潜水主要赋存于表层填土和淤泥质土层中，地下水位埋深一般为0.9~1.7 m；基岩裂隙水主要分布于基岩内，补给来源主要为上部第四系松散土层孔隙潜水，径流方式为通过岩体内裂隙的渗流，水量小，径流缓慢。

2.3 基坑周边建筑物情况

车站周边建筑物密集，建筑物用途为住宅楼、办公楼、商业酒店。车站周边建筑物与车站基坑平面位置图见图1，建筑物结构及基础信息、与车站基坑的距离见表2。

图1 周边建筑物与车站基坑平面位置图

表2 车站周边建筑物信息表

3 建筑物环境风险分析及变形控制值

GB 50652—2011 《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》根据环境设施的重要性及基坑与环境设施的邻近关系，确定环境风险等级。根据该规范本工程中4#建筑物为重要设施，其余建筑物为一般设施；1#~6#建筑物均位于车站主体基坑0.7 倍开挖深度范围内，属非常接近。根据规范初步判断4#建筑物为Ⅰ级环境风险，其余建筑物为Ⅱ级环境风险。从建筑物结构及基础形式角度分析，4#建筑物为框剪结构，嵌岩桩基础，抵抗变形的能力最好，5#建筑物次之；1#、6#建筑物虽然为桩基础，但桩径小，桩长短，桩基为摩擦桩，抵抗变形的能力差；2#、5#建筑物为浅基础，抵抗变形的能力最差。从时空效应角度分析，5#、6#建筑物邻近基坑角部或端部，空间效应明显；其余建筑物与车站基坑长边方向平行邻近，接近平面应变状态。因此，基坑开挖引起的5#、6#建筑物处的土体变形，应明显小于其余建筑物处的土体变形。经综合分析，并结合工程类比，本工1#、2#程建筑物的环境风险等级调整为Ⅰ级，4#建筑物的环境风险等级调整为Ⅱ级，其余建筑物环境风险等级不变。建筑物变形控制值应建筑物自身情况及其与基坑的位置关系，结合当地工程经验确定。建筑物的变形控制值应符合现行相关规范的规定。本工程建筑物沉降控制值为20 mm，沉降速率控制值为3 mm/d，倾斜控制值为1.5‰。

4 建筑物环境风险控制措施及建筑物变形实测数据分析

为确保车站基坑施工期间周边建筑物的安全，采取如下环境风险控制措施。

4.1 加强基坑围护结构刚度，减少基坑侧壁变形

本基坑围护结构采用1.2 m 厚地下连续墙，竖向设置7 道内支撑，其中第一、五道为混凝土支撑，其余为钢支撑。第一道混凝土支撑截面尺寸为1 000 mm×1 200 mm，第五道混凝土支撑截面尺寸为1 000 mm×1000mm，钢支撑外径800 mm，壁厚16 mm。本基坑全部钢支撑均采用伺服系统，同时适当增大钢支撑预加轴力，严格控制基坑侧壁变形。同时，为了减少基坑的长边效应，更好地控制1#、2#建筑物的变形，在基坑邻近1#、2#建筑物位置处设置两道中隔壁地连墙（见图1），将182 m长的基坑分3 个仓开挖，待各分仓内的主体结构施作完成后再凿除中隔壁地连墙。通过以上基坑围护结构加强措施，最大限度地降低基坑开挖阶段的围护结构变形，从而减少了基坑开挖对周边建筑物的影响。

4.2 加强基坑工程地下水控制措施

本基坑地连墙底嵌入中风化安山玢岩1 m，地连墙采用工字钢接头，形成落底式止水帷幕，在基坑内设置疏干降水井，将降水范围控制在地连墙内，同时在基坑开挖过程中及时封堵侧壁渗水点，减少因地下水降水或渗漏而引起的建筑沉降。

4.3 采取槽壁加固措施

为减少地连墙施工期间引起的建筑物变形，对建筑物1、2位置处的地连墙进行槽壁加固 （见图1），槽壁加固采用直径850 mm，间距600 mm 的双轴搅拌桩，加固深度为地面下14 m。

4.4 基坑开挖过程控制

基坑开挖遵循时空效应，先撑后挖、分层开挖、严禁超挖。根据工程特点，合理确定施工分段长度和放坡坡度。及时架设内支撑和施加预应力，严格控制轴力，快速封闭基坑底板，减小围护结构变形，确保周边环境稳定。

4.5 加强监控量测

重点关注周边建筑物的变形监测，根据监测结果调整施工参数，做到信息化施工。建筑物变形监测数据预（报）警时，及时召开专题会，确定建筑物安全后方可进行下一步工序施工。

本工程实测建筑物变形数据见表3。

表3 建筑物变形实测数据表

监测数据显示，除1#、2#建筑物累计沉降值超过控制值外，其余建筑物的累计沉降均未超过控制值；建筑物的累计倾斜均未超过控制值；3#~5#建筑物的沉降值明显小于1#、2#建筑物，这表明前文对基坑周边建筑物的风险分析是合理的。虽然1#、2#建筑物累计沉降超过控制值，但建筑物倾斜较小，沉降较为均匀，经检测机构检测，不影响建筑物正常使用。

5 结语

本文以某软土地区地铁车站深基坑工程为例，对基坑周边邻近的不同结构及基础形式的建筑物进行了环境风险分析，确定了不同建筑物的环境风险等级，并采取了针对性的环境风险控制措施。通过对工程实测建筑物变形数据的分析表明，本文对基坑周边建筑物环境风险的分析及所采取的风险控制措施是合理可靠的，可以为类似工程提供参考。