市政基坑开挖对周边建（构）筑物影响研究

张家玮

摘 要：地铁基坑工程规模大、基坑深、地面及地下环境复杂，其建设过程中对周边环境的影响不容忽视。以具体市政枢纽基坑工程邻近某高层建筑为例，通过针对性数值模拟分析预测，研究了基坑工程施工对周边高层建筑物的安全性影响，并制定相应的施工措施，给出施工建议，有效防止工程事故，保证工程的质量安全，相关研究成果可供类似工程参考借鉴。

关键词：地铁；深基坑；开挖；地面沉降；环境影响

中图分类号：TU433                                     文献标识码：A                            文章编号：2096-6903（2023）04-0007-03

0 引言

随着城市的快速发展以及城市人口的迅速聚集，城市轨道交通系统也日益成熟。复杂的城轨系统必然会交错发展，从而在城市核心区形成一座座换乘枢纽。大型交通枢纽工程的施工必然伴随着对周边环境的影响，随着枢纽基坑开挖及结构回筑等建筑工程的施工，大量开挖扰动、地层损失和固结沉降以及施工降水等因素引起的地层移动和变形会引起周边建（构）筑物的沉降变形，严重时会导致建（构）筑物发生坍塌破坏。

目前国内外已有大量基坑工程邻近建（构）施工[1-2]成功的案例，也有部分施工事故[3-4]案例。研究市政枢纽工程对周边环境的影响已成为指导施工进程，评估施工风险的关键一环。

1 研究案例

1.1 工程概况

深圳市黄木岗交通枢纽坐落于笋岗西路、泥岗西路、华富路、华强北路五叉路口，为既有7号线、新建14号线以及规划24号线三线的换乘枢纽。枢纽工程范围涵盖地铁14、24号线黄木岗站（含预留24号线下穿7号线区间隧道），工程内容包括7号线改造、地下空间开发、慢行系统完善、交通接驳设施等。14号线沿华富路和泥岗西路地下敷设，为地下三层叠侧车站，与既有7号线同台换乘。规划24号线沿笋岗西路地下敷设，为地下四层车站，与7、14号线形成节点换乘。

黄木岗交通枢纽工程根据基坑深度可大致分为3部分，分别为24号线部分（地下4层，深度38～40 m）、14号线部分（地下3层，深度28 m）、地下空间部分（地下1层，深度9～15 m），枢纽基坑深度及平面位置见图如图1所示，基坑各围护工法平面图如图2所示。

场区地层主要为场地揭露到的地层主要有新近人工堆积层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系残积层（Qel）、燕山期（γ53（1））花岗岩。

1.2 主要风险源

既有建筑市政设计大厦位于笋岗西路西区商业区南侧，主楼为14层剪力墙结构，1层地下室，基础为桩基础加抗浮墩，桩长22.5 m，顶标高地下5 m左右，抗浮墩長5 m。另有7层副楼及3层联廊，副楼部分为独立基础，埋深4 m。副楼与3层联廊之间设变形缝。总体为本工程二级风险源。

市政设计大厦距离一级基坑主体结构外墙的最小距离为12.9 m，距离围护结构最小间距为11.8 m。市政设计大厦距离二级基坑主体结构外墙的最小距离为22.5 m，距离围护结构的最小间距为21.2m。市政设计大厦距离D下沉广场的主体结构外墙的最小距离为3.7 m，距离围护结构最小距离为2.6m。其位置关系如图3所示。

2 数值模拟

2.1 计算模型

依据土参数物理力学指标和基坑与风险源相对位置关系建立Midas-Gts三维有限元模型如图所示。数值模型垂直方向为Z轴，水平方向为X、Y轴。X方向取502 m，Y方向取700 m，Z方向取70 m，计算采用四面体单元，共划分节点92 712个，单元520 429个。有限元计算模型如图4所示。

基坑范围内土体主要为素填土、杂填土、填砂、砂土、砾质粘性土和粘土，其物理力学参数指标如表1所示。

2.2 计算结果分析

通过对Midas-Gts三维有限元模型进行增量法计算，可得到在基坑开挖及枢纽主体结构回筑的全施工过程中，市政设计大厦和基坑围护结构的位移和变形计算结果如图5至图7所示。

由于变形缝的作用，7层建筑的沉降最大为6.4 mm，而14层建筑的沉降最大为1.9 mm。

对于24号线2层基坑方向的位移，均呈现底部小上部大的趋势，7层建筑最大位移为3 mm。而14层建筑最大位移为3.3 mm。对于D下沉广场方向的位移，14层建筑的位移最大值为1.8 mm，而7层建筑最大值为1 mm。

3 施工措施及建议

第一，为控制周边建（构）筑物的水平位移和沉降变形在相应工程标准范围，需预先将靠近建（构筑）物一侧对土体进行注浆加固处理以提升土的强度及整体性。

第二，项目部成立房屋保护领导小组，现场准备房屋保护所需的一切应急材料和机具设备。

第三，工程开始后，应对可能影响的周边建筑进行调查，记录原始状态，鉴定房屋安全稳定性，根据施工影响程度情况实施布点监测。

第四，必要时采取主动处理措施，针对不同施工阶段对周边建（构）筑物进行基础加固。

第五，房屋出现沉降、倾斜、开裂等报警值后及时通知业主、房屋业主等单位或者个人。对存在严重安全隐患的房屋，必须及时撤出居民，并且妥善安置。

第六，针对不同周边建筑物及房屋开裂事故，开展现场控制工作。应急人员应根据事故特点和事故引发的物质的不同，相应选取堆载法、设置回灌井法、掏土法。

4 应急预案

4.1 钢支撑失稳预案

4.1.1 预防措施

钢支撑失稳前有拱起侧弯或下沉的先兆时，要在基坑开挖期间要加强对支撑的观察。首先，要认真分析监测数据。其次，对支撑材料要严格把关，杜绝使用有缺陷的支撑材料。最后，要根据立柱桩的沉降情况，及时调整支撑，防止支撑因立柱桩的沉降或上抬而造成偏心，影响支撑受力。

4.1.2 抢险措施

基坑未坍塌时，要在失稳的钢支撑旁加设钢支撑，并施加预应力。同时对周围支撑复查，查找是否有支撑松弛，如果发现有支撑松弛，应立即采取复加预应力加固措施。如果支撑松弛而发生支撑失稳，则应立即查找周边超载、围护结构背土是否流失、支撑材质等原因，防止失稳现象扩散。

基坑已坍塌时，要立即对基坑坍塌处回填土方，并清理基坑周边的超载。如果围护结构背土发生土体流失，要立即填充砂或混凝土。同时对周围支撑复查，查找是否有支撑松弛，如果发现有支撑松弛，应立即复加预应力，防止失稳现象扩散。

4.2 基坑塌陷预案

基坑施工时，要实时动态分析监测临时支撑和临时立柱，严格按照预警值和报警值发出警示并采取相应保护措施。还要对盖挖区域按照荷载要求严格控制地面车辆荷载。

现场施工中，施工人员必须严格按照相应的技术方案、交底进行施工，并严格遵守各项操作规程。

5 结语

近接工程的施工，不可避免会对周边建（构）筑物造成不同程度的影响，不仅会妨碍周边建（构）筑物使用功能，严重者甚至会导致重大事故。本文以具体市政枢纽基坑工程邻近某高层建筑为例，通过针对性数值模拟分析预测，研究了基坑工程施工对周边高层建筑物的安全性影响，并制定相應的施工措施，给出施工建议，以有效防止工程事故，保证工程的质量安全，相关研究成果可供类似工程参考借鉴。

参考文献

[1] 唐传政，彭晓秋，王越.武汉某市政通道基坑工程事故险情分析处理与经验教训[J].岩土工程学报，2012，34（S1）：735-738.

[2] 杜娇.基坑工程事故致因因素及对策措施研究[D].西安：西安科技大学，2013.

[3] 胡巍.市政工程中深基坑开挖过程水平位移影响数值研究[J].智能建筑与智慧城市，2021（6）：89-91.

[4] 朱永梽.地铁车辆段基坑开挖变形监测与数值模拟分析[D].淮南：安徽理工大学，2019.