地铁车站基坑工程对周边建筑物影响的数值分析

王峥徐飞

摘要：以地铁为代表的城市轨道交通的发展在改善公共交通的同时也给城市的发展注入了新的活力；然而由于大多数地铁车站位于建筑林立的闹市区以及车流量较大的地面交通干线下，给车站基坑的设计和施工带来了巨大的风险，易导致周围地层的位移，产生较大的地表沉降。本文以广州某地铁车站基坑的工程实例，通过有限元模拟车站基坑施工对周边建筑物沉降影响的过程，对基坑实施的安全风险进行了数值分析，为设计的合理性和安全性提供了理论支持，其结论可作为类似市区基坑工程的参考依据。

关键词：地铁车站基坑工程 数值分析

Abstract: Represented by metro, the development of urban rail transit improved the public transportation as while as input new energy into the development of cities. However, most metro stations are located in the congested downtown areas and the main roads with more vehicle flux, which take a lot of risks to the designing and construction of pit. The displacement of the surrounding strata and surface subsidence are caused by pit construction. In this paper, takes a subway station pit for engineering example, the process of building subsidence influenced by construction of the metro station pit are studied by the finite element method. And the risk of construction is also analyzed. It provides theoretical support of the safety and rationality for designing, and the conclusion could be used as the basis for similar foundation pits.

Keywords: subway station; foundation pit; numerical analysis

中图分类号：TU476 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

地铁车站作为城市轨道交通枢纽站点、地面客流的集散点,联系着地面与地下的客运功能,其通常需设置在城市客流较为集中的闹市区。然而由于闹市区地面状况更为复杂，周边建筑物较为密集，对车站基坑的设计和施工带来了风险同时也提出了更高的要求。

目前对于基坑变形的研究主要有实测统计分析法和数值方法两种。实测统计分析根据大量的基坑实测数据分析总结出基坑变形的一般规律，可以在基坑支护方案阶段为设计者提供参考[1]。然而由于各地区水文地质状况，施工工艺条件等方面的差异，实测统计分析往往具有较强的区域性[2][3]。数值分析方法主要有弹性地基梁发和二维（或三维）有限元法等两种。弹性地基梁发应用较为广泛，规范中亦推荐此方法，但同时也存在：无法做到细致的周边环境分析，无法评价桩基存在对基坑自身变形及稳定性的影响等缺点，二维（或三维）有限元法能较好解决弹性地基梁法存在的问题，但要求对土体本构关系做较为合理的定义，才能较好反应基坑开挖过程中的真实情况[4]。本文以广州某地铁车站为实例，应用有限元法计算分析了基坑施工过程对周边建筑物沉降的影响。

1 工程概况

1.1车站概况

本站位于广州市花都区秀全大道与花城路、公园前路相交的范围内，车站沿秀全大道敷设，为东西走向。车站全长213.80m，标准段宽19.7m，面积约4266.6㎡，为地下二层的箱形框架结构，车站主体埋深约16.24m。

本站采用明挖顺作法施工，围护结构采用连续墙+内支撑的支护形式。车站主体基坑开挖深度为16m～18m，基坑底位于<9C -2>微风化岩层上。

1.2地质条件

本站场地位于秀全大道，属于冲洪积平原，上覆盖第四系土层。

（1）岩土工程特征

根据地质详勘报告显示，本站场地岩土层从地面往下分别为：人工填土<1>，厚度0.4～3.0m；软塑粉质粘土<4N-1>，层厚0.4～5.2m；可塑粉质粘土<4N-2>，层厚0.5～10.78m；粉细砂<3-1>，层厚0.4～4.6m；中粗砂<3-2>，层厚0.7～8.7m；砾砂<3-3>，层厚0.5~6.7m。下伏基岩为灰岩，有强风化岩带、中风化岩带和微风化岩带。

总的地质特点是：砂层很厚，达8米厚左右，砂层下面就是岩层，砂层渗透水较大，总体地质条件很差。具体岩土参数见表1.

（2）不良地质

根据地质详勘报告显示，本场地处于冲洪积平原及灰岩广泛分布，不良地质岩土有：填土、砂土、风化岩及溶、土洞十分发育。

1.3水文条件

根据本场地地下水赋存条件、含水介质及水力特征分析，本场地地下水主要有四种基本类型，分别为上层滞水、孔隙水、溶洞（土洞）水和裂隙水。其中上层滞水主要赋存于局部填土层中；孔隙水主要赋存于冲积-洪积砂层<3-1>、<3-2>、<3-3>中，砂层一般被人工填土层、冲积-洪积土层、河湖相淤泥质土层<4N-2>覆盖，因此局部具承压性；岩溶水主要含水层为石炭系灰岩且具有一定承压性；裂隙水主要含水层为石炭系岩层的中风化带以及破碎岩层裂隙中。

勘察期间揭露本场地地下水稳定水位埋深0.30～6.30m（标高3.48～9.52m），根据广花盆地监测资料，地下水位年变幅第四系孔隙水水位埋深为0.39～1.53m。

1.4周边建筑物情况

本站站所处站位为花都区的老城区，北边为广场，南边建筑物较密集，大多以多层建筑为主。

车站北边：北边主要有高趣酒店及其前面的广场，高趣酒店为3层钢筋混凝土框架结构，基础为筏板基础，板厚700mm，埋深约2米，距离车站主体约40m，距离2号风亭约12m。

车站南边：南边建筑物较为密集，多为5～7层的民房建筑，建筑物为钢筋混凝土框架结构，基础大部分为天然独立基础及个别锤击预制管桩基础。第一排建筑物距离车站主体约4～7m，第二距离车站主体约30m。

车站与周边建筑物的位置关系详见图1。

2 基坑安全风险分析

2.1风险分析

根据本站的站位设置情况，及车站周边环境可见，基坑南侧房屋距离基坑过近（最近处只有约4.5m），已经对车站围护结构施工所需的正常施工空间造成一定的影响；

根据地质勘查资料，本车站范围地质状况较差。基坑南侧的房屋基础大部分位于<4N-2>粉质粘土层及<3-1>、 <3-2>沙层，在施工时会引起周边地下水流失或地质情况改变，将带动砂层的流动导致周边房屋有失稳风险；