2024年4月29日发(作者：)

铁路工程

觀

轨道交通地铁车站基坑开挖对临近建筑物的

影响分析

欧士嘉

（

广西路桥集团勘察设计有限公司

，

广西南宁

53000

1

）

摘要

：

地铁深基坑开挖卸荷导致两侧建筑物产生附加变形和内力

，

会

影响建筑物的结构安

进行

供参考

。

寿命

。

文章基

地铁车站

，

采用

MdasGTSNS

有限元软件对深基坑开

挖

过程

，分

析深基坑开挖卸载对临近建筑物的影响

，

为

地铁基坑工程的设计和施工提

关键词

：

地铁;深基坑;数值模拟;临近建筑物;影响;加固

中图分类号:

U231

.

4

文献标识码

：

A

DOI

：

1

0.

1

3282/j.

cnki.

wccst.

2020.

0..

049

文章编号

：

：

673

-

4874

（

2020

）

07-

0

1

70

-

04

0

引言

随着

城市人口密度的不断增加和城市建设的

，

地铁作为城市重要的公共交

出了越来越

通工具

，

对缓解城市化带来的交通拥堵问题

重要的作用

，

这也

多的深基坑工程

。

工程在设

施工中

，

除须保

技术的合理

，

还需

要考虑深基坑开挖卸荷对环境的影响

。

本文基

地铁车站

，

采用

Midas

GTS

NS

元软件对深基坑开挖过程进行

，重点分析深基坑开挖对

建筑物的影

响,对地铁基坑工程的设计和施工提出合理的

要求

。

1

工程概况

1

-

1

工程

某地铁站站型为地

站台车站

，

为

地

框架结构,车站长

224.7

m,

宽

40.

30

m

，

建筑面积为

1

1

260

m'

。

海

建筑

（

层,柱下独立基础

，

柱距

3.

6

m

）

距离外边

系

，

二期开挖围护采用

3.05

m

。

车站采

挖法施工

，

施工过程采

开挖中心岛

，

后施工四周的方案

，即一

期施工本工程中心部分结构

，

一期开挖的基坑采

钻孔

+

钢

撑结合的

蚀丘陵区

，

地形

系

。

1

.2

水文地

地位

起伏

，

地势两侧高

，

中

间较低

。

场地内主要地

冲

积洪积

河

积形成的第四系全新统粉土

、

砂

、

圆砾和角度不

的

系泥岩

、

砂

岩

、

砾岩构成。

第四系地

度

大

，

沉积

，

岩性分

、

大

;三叠

系基岩面起伏较大。

场地地

分

度不均的人工

&

地

察结果

：

，

在海

钻孔的基坑开挖深度及影响范围内

，

主要地基土的组成

为

：

杂填

、

、

粉

土

、

、

强风化砂岩层

、

中风化砂岩层

&

作者简介:

欧士嘉

（

987

—

）

,

工程师，

主要从事岩土和结构工程设计及研究工作

。

China

170

西部交通科技

Western

Communications

Scie

nee

&

Technology

轨

地

铁车

站

基坑

临

物

的

分析

/

欧士嘉

度内地下水可分为松散岩类孔隙潜水

、

承

降水

*

放坡开挖核心部分

*

清理基底

、

施工接

压水和

岩类裂隙水

：

（

1

）

松散岩类孔隙水

潜水主要埋

地表人工

（

杂

）

填土和下伏冲

、

洪

积

中

，水位为

1

3

〜

3.

1

m

o

2

）

水

水主要埋藏于潜水含水层之下的

中

，

隔

水顶板为

黏

，

隔水底板为下伏黏

或

岩强风化岩层

。

含水

度为

1

4

〜

6.

5

m,

渗透

系数为

48.

4

m

/

d,

属强透水地层

。

该含水

潜

水含水

定的水力联系

。

（

3

）

岩

裂隙水

基岩裂隙潜水赋存

伏

系砂岩

、

泥岩中,

水位埋深为

3.

5

〜

7.

5

m

。

基岩裂隙水的透水性因地

的岩性

、

风化程度

、

裂隙发育程度等因素

大差

，

透水

-

中

。

抽水试验资料

，砂岩渗

透系数为

9.

82

m

/

d,

属中等透水地层;泥岩渗透系数

为

0.11

m

/

d,

属弱透水地层

。

1

.3

深基坑支护设计与施工

围护结

撑采用钢支撑

，

直径为

609

mm,

壁厚

t

=

12

mm,

对撑水平间距为

4

m,

竖向间距为

5.

2

m,

—

撑于围

，

另

撑于已施工完成的核心

区车站主体结

。

基

等

考虑

，

重要

性系数为

1.0,

基

形控制等

考虑

，

其

中靠近海洋馆位置处基

形

保护等级为

。

基础单柱承受荷载为

300

kN

。

基坑设置旋喷桩封闭式

止水帷幕，

基坑内降水

干井降水,不考虑

影

响

，

钻孔

在施工期间作为基

结

，

承担施

工期间全部的侧向水

力

。

基

如图

1

。

(0609,

仁

12

)

(0609,

仁

12

)

⑥

W

⑥

*800

间距

旋喷桩止水睢幕

W

冲风化砂岩

1200

mm

图

1

基坑支护剖面图

（

//

）

施工顺序:围护结构施工前应

地范围内

的地

，

地下建

（

构

）

筑物情况以及地面障碍物的

处理

*

进行场地地基处理和施工

*

基

地

水层

、

铺设

*

施工核心部分结构

*

分层开

挖周

设钢支撑

（

在已完工结构和围护之

间

）

*

开挖剩余部分土方

*

清理基底

、

施工接地

水层

、铺设

*

剩余部分主体结构施工

*

分层碾压

回

方*彳灰复场地

。

2

建筑物变形控制标准

地下工程施工使周围地基的应力得

放,

或

应力的影响

地基发生

或隆起

。

地基发生

或隆起与地面建筑物的间距

、

相互之间

的地基

、

已有建筑物的结构条件

、

基础型式等

因素有关

，

因此可在对建筑物调查的基础上

，

通过评

建筑物对地

形适应能力

关施工经验,

可提出

降

标准

。

施工条件各

，

各建筑

间存在较大的

，

对于重要建筑

，

控制标准应

情

定

，

由建设

、

设计

、

监

理

、

施工

、

监测等有关部门共同商定

,

监测

成果进行调整

。

海

基

，

经各方协

商

，

将变形控制保护等级设为

，

基坑最大水平位

移

）

0.

2%

H

,

且

）

30

mm,

地面最大沉降量

）

0.

15%

H

（

H

为基

度

）

，

即水平位移

）

23.1

mm,

最大沉

降

）

1

7.

3

mm

。

3

有限元数值计算

本站支撑沿基

周环形设置

，

支撑长度为

7.

65

〜

16.

25

m,

环形基坑长宽比很大

，

且本次重点分

析对象为

建筑,本次模型截取

50

m

长的基坑以减

程

时间

。

海

位置处基

度为

1155

m

,

直径

0.8

m

度约

15.5

m

。

为消除

尺寸对

的影响

，

模型宽度和高度取

3

〜

5

倍基坑

深度,模型长

T

宽

t

高为

110

X

80

X

40

m

。

建筑

基

的

为

3.

05

m,

基坑设置旋喷桩止水帷

不考虑

水疏干对建筑物的影响

。

为

建

的

作用和旋喷桩的止水作用采用地连

进行模拟

，

并进行等刚度代换

，

代换后地连墙厚度

为

5

=

0.

838

D,

即

0.

67

m

。

分

情形

：

（

）

开挖基坑不对海

基础进行保

;

（

2

）

开挖

对海

基础进行提

固保护

。

分别计算分析两种状况下的沉降情况

。

3.

1

Midas

/

GTS

NS

建

模

本次分析土层采

正摩尔-库伦模型本构模

2020年第

7

期总第

156

期

1

7!

铁路工程

型

，

加固土采用摩尔-库伦本构模型设置边界约束,

围

、

内支撑及建筑物基础采用

1

D

元,土层和

固区采用

3D

单元

&

结合地勘报告及工程经验

，本

次

选用的岩土力学

和结

如

和表

2

&

表

1

各层岩土力学参数表

围岩分层

(

容重

孑

初始

粘聚力

摩擦最终

膨

kN

・

m-

3

)

1

隙

比

泊

松

比

(kPa)

角

(°)

胀角

(°)

杂填土

1

8.

5

0.

75

0.

35

1

!5

0

粉土

20.

0

0.

7

0.

3

1

1

.

7

1

4.

1

0

圆砾

1

9.

80.

35

0.

25

3

39

9

强

24.

2

0.

33

0.

25

0033

3

中

风

风

化砂岩

化砂岩

24.

80.

30.

25

40

38

8

表

2

属

性参数表

材料类型

单元类型

(

kN

・

重

m

-3

)

泊

松

比

(

MPa)

量

板

元

25

0.

2

2

5X!0

4

钢支撑

围护结构

、

圈梁

1

D

78

0.

3

2.

06X10

5

海

梁单元

3D

元

25

0.

2

2. 5X10

4

元模型建立后如图

2

所示

，

模拟开挖施工步

骤如表

3

&

图

2

有限元模型图

表

3

施工步骤表

序号

施工

概述

1

初始应力平衡

，

位移清零

模型内只有土体及建筑物

,

未施工

2

施工围

和旋喷桩(若采

固

，则在该步

骤进行

浆)

施工基坑围护结构

，

开挖前准备

3

开挖第一层土

开挖深度

-10

m

4

架设第一道圈梁和钢支撑

1

架设位置

-0.5m

5

开

挖第

开挖至深度

-6.

0

m

6

设

第

和钢

撑

2

架设位置

-5.

7

m

7

开

挖第

基底

开挖深度

-1155

m

172

西部交通科技

Western

Communications

China

Science

&

Technology

3.2

浆

加

的

分析

通过

Midcis

有限元分析

，

未对建筑物基础进行注

固保护工

的基坑开挖

型

跨

中截

I

向

量

竖

降云图见图

3,

水平位移云图见图

4

&

图

3

跨

切向量竖向沉降云图

图

4

跨

中截面切向量水平位移云图

型分析结果

，

基坑的破裂

水

成

45°

夹角

，

该夹角范围的建筑良基坑开挖影响最大

。

最大变形发生在最

步开挖

，

开挖

底后

，

最大

形在最靠近基坑的海

基础

处

，

该位置最大

降为

24.

2

mm,

超过基

形允许标准

，

水平位移

为

1

1

.9

mm

,

满足允许值(见图

5

)

。

综上所述

，

不采取

固方案将导致变形超出允许值

，

影响建筑物的寿命

和

，

且有可能造成工程

，故

需

对建筑物

进行保护

,

采取加固措施

。

建筑物侧距离基坑距离

(

m)

14

16.5

19

21.5

24

27

30

(mm)

豊

番

初始应力场

一

•

一

开挖-

1.0

m

―

开挖

-6.0

m

—

•

—

开挖-

11.

55

图

5

地表沉降曲线图

33

预注浆加固

保

护的沉降分析

工程对

的建筑物保护方案主要分为两类:

(1)

隔

&

海

位置

基坑仅

3

m,

隔

对建筑物扰动过大

，

容易造成

“

保护破坏

”

。

(2)

注浆保

。

该方法施工

，

且可以

力来降低对建筑物的影响

，

在

条件

时

方

的效果

。

因此

，本次保护方案采

保

&

通过在开

挖之前进行

，

改良原有地层的物理力学

关工程

经验

「

2-5

)

,

—

般情

，

加固

一

的

能提高到原来的

12

〜

15

倍左右

，

粘聚力

10

倍左右的增幅

，

内摩擦角和重度

提高但不

，

而泊松比则

降低

。

确定本站砂

地层

经

固后的相关

如表

4

&

表

4

加固后土体区域参数表

材料

元

重

型

类型

(kN

・

m

-3

)

泊松

比

弹性模

粘力

摩擦

量

(MPa)

(kPa)

角

(°)

加固土

3D

元

23

0.

25

50

!8

41

建模办

在本文

3.

2

节不加固模型基础

，

对海

基础底下的

3D

网格单位进行

改,

改为

固

，

固区

度方

为基础

m,

深度方向分别为基底以下

2

m

和

4

m

。

加

固情形下在开挖到基坑底后的沉降位移云图分别

「

见

图

6

和图

7

。

图

6

加固深度为

2

/

时建筑物竖向沉降云图

图

7

加固深度为

4

/

时建筑物竖向沉降云图

开挖到基坑底后的地表在不加固

、

加固

2

m

和加

轨

地铁

车

站基坑

临

物的

分析

/

欧士嘉

固

4

m

三种情形下的沉降曲线见图

8

。

5

建筑物侧距离基坑距离

(m)

0

-5

21.5

24

33

-10

-15

(

U

I

-20

U

I

)

S

-25

S

-30

—

•

—

不加固

—

•

—

加固

2

m

—

•

—

加固

4

m

图

8

三

种情况下地表沉降曲线图

降

！

固在

中效果 较

好

，

能

地

地表和建筑的沉降

。

在加固深度

2

m

时,沉降较未加固降低了

48.

4%

,

降低效果

：

,

满足

基

形

要求

，

建筑物的

得到了较

大的保障。在加固深度

4

m

时

，

竖向位移仅为

5.9

mm,

较未加固时降低了

75.6%

。

基坑开挖

会挖除一部分

，

进

地层缺失而产生应力松

弛

，

从而导致

存在往临空

形的趋势,支挡结

的刚度

、

土体的

、

渗流的影响等均会对地表建

筑物的变形有关键性的影响

。

通过

改

,

重新固结，

土体空隙

，

补充松弛

的应力状态,有效地

地基土的变形

，

进而保证

地

部结

的

。

3.4

建筑物保护方案

(1$

型

结果

，

海

对

基坑施工

时

Z

起的地

降较为敏感

，

故在施工

埋

:

，

提

&

考虑经济效益情况,加固区域为基底

2

m

深度范围

，并在施工过程中

固体的情况

随时跟

&

(2$

液采用水泥-水玻

液浆,袖阀管

采用直径

48

mm

的

PVC

管

，

间距为

1

5

〜

2

m,

浆

液扩

为

0.

75

〜

1

m,

袖阀

角度

)

30°,

注

力为

0.

3

〜

0.

8

不宜过大

。

在基础

•线

扩

2

m

范围内进行

，

同时对基础进行

监测,

以

力过大造成地面隆起过大

，

影响

&

(3)

加固时应因地制宜,建筑物保护时

关资

的鉴定部门对其做

，

给出基础变形允许

，

以

理选择

固的范围和参数,

为

理想的

和经济效果

。

(4)

从施工监测

看,位移监测值基本在计

算值以内

,

过

的

，

偏

度也不超过

10%,

整个基坑施工期间未因位移和变形发生报警,

基坑和

建筑均处在相对稳定和

的状

&

(下转第

1

83

页

)

2020

年第

7

期总第

156

期

1

73

基于海绵理念的城

雨水

制探讨

/

冉祥祥

7.5%,

其对

路的

率贡献为

0.

98

X

地与人行道

、

车行道

7.5%

=

7.

35%

；

路侧带下

凹

6.3

降低硬化路面汇水面积

F

可通过坡度和

部分路

水引流至后排

成

水区域

，

占道路总面积比例为

92.5%,

其

对

路的

率贡献为

0.705

X

92.5%

=

65.

2%

&

2

水区域

率为

72.55%

,

绿地进行消纳

，

从

路海

绵

设施的汇水面积

&

7

结语

在

城

市道路中

,

带和人行道设置的海

绵

设施可

地

,

率

对

果的

即设置海

绵

设施后,该城市道路的

72.

55%,

满足

(70%

的设计目标

&

率达

6

径流控制率影响因素及提高措施

通过对上述工程

量化,是衡量海

绵城

市建设的重要指标

&

文

中

1

一地区,,

率

降雨量

5

成正比

，

根据

5

0

V

/

)

・

F

),

影响

率的因素有海绵设施调

积

V

、

雨量

系数九和汇水面积

F

,

当

控

制率不足时,可增加

V

,降低和

F

&

"

率的

分析,对于同

为研究对象

，

提出海

绵

设施建设方案

径

率的

方法

，

并对影响

率的因素提

出一些改进措施

，

对市政道路建设具有一定参考意

义盪

参考文献

，

车伍,李俊奇

，

等.中国城市径流污染控制量及

设计降雨量中国给水排水

,

2008

,24(22)

;

25-

29.

[2]

广西工程建设

标

准

6.

1

增加海绵设施调蓄容积

V

增加海

绵

设施用地面积

，

增

地蓄水

度

,

改善

的土壤

，

如提高渗透系数

、

孔隙率

，

降

低田间持水率等

，

从而提高调

积

&

会

.广西低影响开发雨水控制及

利用工程

[Z].2015.

中

央

分

隔

带调

&

通过改

积富

余

较多

，

没有被充分利

[

3]

GB50400-2016

,

建筑与小区雨水控制及利用工程技术

路

，

使部分行车道雨水流入中

央

积

&

规范

[S

)

.

[4]

吴梁

，

唐建超

，

尚成厂.透水沥青路面在海绵城市中的

应用筑路

分

隔

带

，也可增加调

6

2

降低雨量径流系数

可提高绿地和透水

比例

，

车行道采用透水沥

青等

⑷

&

施工

，

2018(35)

：

60-64.

收稿日期

：

2020-

05-

06

(上接第

73

页

)

变形沉降

,

能对抑制周边建筑物的变形起到一定的作

用

。

够

4

结语

参考文献

(1)

Midas

数值分析能直观地

出基

各

[

1]

JGJ

120-2012

,

建筑基坑支护技术规程

[S

)

.

[2]

黄树炉.砂卵石地

施工工况的位置变形规律

，

为基

施工提供更多

的理论

，

对基坑周边环境的

保

重要指导

埋暗挖

施工注浆加固

技术研究

[D

).

北京:北京交通大学,

2007

.

[3]

李增光.复杂环境下采用

PBA

工法建造大

跨

地铁风道关

作用

&

(2)

坑外地表在基坑开

挖

施工中

形沉降

键技术研究

[D

).

北京:北京交通大学

,2016

.

，

建筑

位置沉降最大

，

随

荷载,对基坑开挖较为敏感

，

在

壁方向逐渐

[

4]

王鹏飞.浅埋

暗

挖

西安科技大学

,2012

.

[5]

白海卫.新建

研究

[D

].

西安

:

施工对既有隧道纵向变形的影响

，

距

壁越

1.5

-

2

倍基

度越小

，

最终逐渐稳定

&

—

般在距

度范围外的沉降已经可

1

忽略

和工程措

施

研究

[D

].

北京:北京交通大学,

2008.

不计

。

(3)

注浆加固较未经处理前能够很好地减少地基

收稿日期

=

2020-

05-

12

2020年第

7

期总第

456

期

1

83