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地铁车站深基坑开挖对周围环境的影响研究_张维来

地铁车站深基坑开挖对周围环境的影响研究_张维来

TECHNOLOGY TREND

[摘要]近年来随着城市建设的发展,汽车数量的快速增加,城市交通出现拥堵现象,北京、上海、广州、深圳等大城市已经出现现有交

通不能满足城市需求现象,这就促使了地下交通的快速发展,全国地铁建设呈现繁华景象。地铁深基坑的建设对周围环境的影响问题越来越突出,就对地铁深基坑的建设也提出更高、更难的技术要求。本文就广州地铁某车站深基坑施工过程中对周围环境的影响进行了分析,通过结合监测数据和施工现场的一些具体情况,对地铁基坑建设对周围环境影响问题进行了讨论,提出相应的控制措施,为以后相关地下工程的建设提供一些借鉴。[关键词]深基坑开挖;基坑支护;降水;时空效应;监测;沉降控制地铁车站深基坑开挖对周围环境的影响研究

张维来

麻凤海

(大连大学,辽宁大连

116622)

1前言

随着城市的发展,城市地下空间的利用越来越重要,地铁车站基坑的开挖往更深更大的方向发展,而车站基坑一般选在城市繁华区,那里建筑物、桥梁、道路、地下管线十分密集,周围环境的开挖对土体变形反应很敏感。基坑施工过程如果对土体的变形控制不够,就会对周围环境造成很大的影响,对周围环境的保护就成了深基坑支护问题中的重中之重。因此在保证地铁深基坑的支护合理安全外,控制好其对周围环境的影响有重大的经济、社会效益。

基坑工程是一种结构空间取代岩土空间的工程活动,取代过程就破坏了原来岩土体内的平衡状态,使岩土体发生变形,最终达到另外一种平衡状态。深基坑建设对周围环境的影响主要包括深基坑开挖过程中各种因素造成周围地层的变形引起建筑物、地下管线的变形和深基坑开挖过程对周围地表环境和道路交通的影响。

2深基坑开挖对周围环境的影响2.1深基坑开挖的变形影响

基坑开挖是个卸载过程,是对地层的破坏和扰动,破坏了土体结构的初始应力平衡状态,引起土体内应力场的变化,它的后果是使基坑内的土体向开挖方向滑动,产生坑底土体的回弹和围护挡土结构的向内移动。基坑工程施工过程其实是破坏在前,平衡在后,变形在先,支撑在后。支护结构变形,就会引起周围土体的变形,竖向沉降,横向移动,就会对周围建筑物、地下管线等等造成不利的影响。

2.1.1深基坑开挖对建筑物的影响

地铁深基坑开挖会对邻近建筑物造成影响,影响方式以不均匀沉降为主。由于基坑开挖对基坑底部进行了卸载、护坡桩发生变形以及坑内外降水造成建筑物下方土体发生沉降变形,而建筑物基础的变形大小通常又是不一样的,就产生不均匀变形,上方建筑物内部产生多余的应变能,当应变能超过建筑物的承受能力,就会破坏。

地铁车站通常建在城市的繁华区,车站施工基坑周边通常是密集的建筑物群,施工场地十分狭窄。另外,高层建筑、有历史意义的建筑等重点保护的建筑的变形又对车站深基坑的开挖支护提出更高的要求。如果支护不及时,基坑超挖或者支护强度不够都会造成变形过大,使周围建筑物也发生沉降变形。建筑物的破坏形式主要有以下几种:

1)建筑物表面瓷砖发生脱落。

2)建筑物周围地表发生塌陷,台阶错位、被抬起和架空等。3)建筑物墙体、柱体开裂。

4)建筑物发生倾斜、倒塌。

2.1.2深基坑基坑降水对周围环境的影响深基坑降水的影响主要表现为三方面:

一方面,基坑内降水造成地下水位下降,引起周围地表发生沉降。另一方面,地下水渗透破坏,使深基坑支护结构发生破坏。第三方面,深基坑降水打破了基坑内原来的水土平衡状态,使地基土开裂破坏。

在深基坑开挖过程中,通常采用井点降水来达到降低水位、固结土体、稳定边坡和便于开挖的目的。同时,深基坑降水,由于水位降落而引起地面沉降,相应形成以水位漏斗为中心的地面沉降变形区,导致次范围内的建筑、道路、管网等设施因不均匀沉降而发生断裂、倾斜,

影响其正常使用和安全。深基坑降水使土体内的水从空隙中排出,孔隙水压力消散,土体压缩固结,地表发生沉降。如果是建筑物下方或附近的土发生固结变形,则破坏了地基土原来的平衡状态,使地基土的承载力下降,引起建筑物产生不均匀沉降变形,当沉降变形过大时,建筑物就会发生开裂、倾斜甚至倒塌现象。另外,深基坑降水通常是采用降水井,降水井的控制有严格的要求,控制不好涌沙的现象就会发生,一旦发生涌沙,就会带来一系列的严重问题。

2.1.3深基坑开挖对管线的影响

地下管线工程被誉为城市生命线工程,其破坏直接关系到人民的生活和财产安全。深基坑的建设对地下管线的影响包括基坑内部的管线和基坑外部的管线。通常基坑内部的管线在基坑开挖前进行管线的改迁工作,由于内部管线在基坑开挖前就进行了处理,在基坑建设过程中对其的影响可以不计。外部的地下管线受深基坑开挖影响比较大,深基坑开挖过程由于结构变形、地下降水等方面造成周围地层发生变形,而管线在地层内部,也随之变形,管线对变形比较敏感,影响也大。处理不好,会造成严重的事故,也会对人民的生活带来不便。

管线受深基坑的影响因素包括:深基坑的建设情况、管线的埋深、管线距离基坑的距离、管线本身的埋设情况等。同济大学的王磊在研究相邻基坑对地下管线的影响因素中做了有限元模拟,得出管线的最大水平、竖向位移发生在基坑中心处,水平、竖向位移的“抑制点”均出现基坑边角处附近。

2.2深基坑开挖对周围地表环境和道路交通的影响

深基坑的开挖不仅是对基坑内部土层的平衡状态的破坏,对周围环境的平衡也造成或多或少的破坏。深基坑施工采用工程降水,地下水位的下降,对周围地表的植被造成影响,水分供给不足,对生态环境是一种损害。基坑建设过程难免会有各种污染,包括建筑垃圾、粉尘、噪声等污染,对人民的生产生活造成影响。

地铁车站深基坑的建设过程,通常要封闭周围的道路,减少路面动荷载对深基坑的影响。而车站深基坑通常建设在城市繁华区,随中国国内汽车的快速增加,交通压力本来就比较大,在繁华区再封闭道路,加剧了交通的拥堵,给人民的生活带来不便。

3工程实例3.1工程概况

广州市轨道交通三号线北延段燕塘站位于广汕路与燕塘小区燕兴路的交叉口处,为三、六号线换乘站。站地周边建筑物密集,主要有燕岭大厦、燕侨大厦、人行天桥、禺东西立交桥及周边住宅楼。

工程技术

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地铁车站深基坑开挖对周围环境的影响研究_张维来

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地铁车站深基坑开挖对周围环境的影响研究_张维来

地铁车站深基坑开挖对周围环境的影响研究_张维来

2010年5月(下)

燕塘站地铁车站深基坑处于建筑物密集区,广汕路又为城市道路的主干道之一,深基坑的建设对周围环境影响比较大。

3.2深基坑开挖对周围环境的影响

车站周边有燕侨大厦和燕岭大厦两座高层,住宅楼距离深基坑北侧非常近,再加之人行天桥、广汕路距离基坑、竖井也比较近,受影响的程度可想而知。

1)燕岭大厦距离基坑46m ,在基坑开外过程中,沉降变形比较小而平稳;但是,距离竖井只有10m ,在竖井建设过程中,靠近竖井的监测点沉降数据比较大。综合来讲,燕岭大厦的沉降变形受车站深基坑和竖井施工的共同影响,主要还是受竖井开挖的影响。其中在建设过程监测点最大沉降值达114mm ,此时正是竖井开挖到8m 深的时候,再加之竖井连续前施工采用冲孔桩连续墙施工,长期震动也加剧周围建筑物的沉降变形。此时,为了防止燕岭大厦继续沉降发展,采用了地面注浆,效果比较显著。

燕岭大厦沉降曲线

2)燕侨大厦距离基坑最近约10m ,受基坑建设影响比较大,在保证支护结构变形的情况下,主要受深基坑降水影响明显。坑内降水,使建筑物周围及下方土体发生固结变形,导致上层建筑物及周边发生不均匀沉降变形。大厦周围地表发生沉降错台现象,建筑物外表的瓷砖也发

生不同程度的脱落,墙壁也有开裂处,裂缝达2~3mm 。为了防止沉降的发展,采用袖阀管注浆加固和地面注浆加固,沉降逐渐变缓,效果明显。并对发生沉降的建筑物及周边进行了加固修复。

燕侨大厦沉降曲线

3)住宅楼受基坑开挖的影响比较大。住宅楼一栋距离基坑13.7m ,二栋距离基坑18m ,主要受基坑开挖变形和基坑内降水影响。由于建筑物距离竖井比较远,可以不考虑竖井建设的影响。随着基坑开挖深度的加大,坑内降水也在加深,导致周围土体的沉降变形,建筑物的沉降监测数值也逐渐增大,直到基坑底板浇筑完成,沉降值趋于稳定。

A 栋住宅楼

B 栋住宅楼

4减小深基坑施工对周围环境影响的措施1)按照时空效应原理确定施工参数。时空原理就是针对所要开挖的深基坑工程进行基坑土的调查,了解基坑土的一些特性,利用土在基坑开挖过程中位移的变化规律,提出的一种控制措施,具体地说对车站施工全过程按工序进行分解控制,在空间上规定尺寸大小,在时间上定下完成时限,按量化的空间和时间结合有序的操作。2)在监测数据指导下,按时空效应原理组织均衡的快速施工。地下工程施工关键要素之一就是在保证工程质量的情况下快速施工,减少基坑暴露时间。3)严格控制降排水。要十分重视降排水的效果,降排水效果也是组织快速施工不可缺少的重要保证。因此做好基坑工程的明水疏排和暗水降排是深基坑施工十分重要的不可缺少的技术措施。4)对基坑周边环境做好调查,对于影响较大的建筑物、管线提前预测并进行加固处理。对于距离基坑距离比较近的建筑物进行加固处理,加固措施包括袖阀管注浆、地面注浆等。5)做好应急预案。对工程中可能出现的各种情况提前做好准备措施,一旦发生工程情况,立即组织实施处理,减少人员、财产损失。

5结论1)深基坑开挖对周围环境造成影响不可避免。工程中往往不是支护结构本身变形造成周围土体变形,而是支护不及时、基坑内降水导致周围土体发生沉降变形。使周围土体往基坑方向发生位移。2)燕塘站周围建筑物密集,在距离基坑或竖井10m 以内影响最大,变形也最大。靠近基坑一侧的建筑物变形大,远离基坑的建筑物一侧变形小。3)燕塘站位于建筑物、交通密集区,受施工场地条件的限制,开

挖时间比较长,不能及时浇注底板,影响周边建筑物变形过大。

4)水是地铁车站深基坑开挖对周围环境影响的最大要素之一。高层建筑物受工程降水影响最明显,高层建筑物承重大,增加了地表的沉降量,对变形反应比较敏感。5)在深基坑建设过程中对周围的建筑物进行地面注浆和袖阀管注浆效果明显。

作者简介:张维来,1987年生,大连大学,建筑工程学院,在读研究生,研究方向为地下工程的变形监测与预报。

[参考文献]

[1]王磊,周健贾,敏才,肖昭然.相邻深基坑开挖对地下管线影响因素的分析[J].工业建筑,2008.

[2]夏明耀,曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3]张明富,王志良,赵良云.杭州地铁某车站基坑变形影响因素分析[J].都市快轨交通,2009.

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