1.西南林业大学土木工程学院 云南昆明 650000；
2.山东济宁汶上远航置业有限公司 山东济宁 272500
摘要：深基坑工程作为涉及诸多学科领域的综合性工程，与周围环境是互相作用、互相影响的关系，如果不控制好开挖过程中的土体变形会对周围环境造成很大的影响，以青岛市科技馆站地铁车站深基坑对周围环境的影响为例进行分析，结合现场的施工情况和监测数据，以深基坑施工对周围环境的影响进行了研究，并提出了相应的控制技术。
关键词：深基坑 周围环境 土体变形 影响
1.引言
随着城市化进程的加快，城市建设用地愈加紧张，地下空间的利用成为必然选择，进而导致深基坑工程不断增多，施工深度加深，开挖面积也在逐渐增加，基坑形式和周围环境也更加复杂，如果不控制好开挖过程中的土体变形，会对周围纵横交错的地下管线、房屋建筑、地下通道、以及交通道路等环境造成很大的影响，所以在深基坑的施工过程中，不仅要做好基坑的支护措施，还要注意控制深基坑开挖对周围环境的影响。
2.深基坑开挖土体的变形理论
基坑在开挖过程中的变形主要表现在三个方面：围护结构变形，基坑底部隆起，围护结构后方的土体及建筑物的沉降。在基坑开挖之前，土体是处于初始地应力平衡状态的，当土体被开挖后，开挖面的竖直方向和支护结构的水平方向的荷载被卸载，应力变化为土体的围护压力减小，竖向压力基本不变，这时土体有主动压缩的趋势，所以会导致围护结构在土压力的作用下产生水平变形。基坑底部隆起是因为土体在卸荷后要回弹，当开挖深度不大时，
土体会发生竖直的弹性隆起，当开挖深度增加时，基坑内外的土体高差会增大，围护结构会产生“踢脚”现象，导致基坑隆起。若土体的自重应力释放过大，围护结构可能会上升产生竖向变形，会导致地表的不均匀沉降，此外，基坑开挖中会采用降水措施，当地下水位下降后，也会产生地表沉降区，从而对周围的建筑、道路和地下管线造成影响，出现建筑沉降、结构裂缝和房屋坍塌等危害。
3.深基坑开挖对周围环境的影响
3.1 对周围建筑物的影响
基坑开挖引起的变形和邻近建筑物的变形是相互作用、相互影响的，基坑变形过大时会损害建筑物，而建筑物损害过大时又会影响周围土体的应力状态。最早是Terzaghi发现基坑围护结构后地面位移与周围构筑物发生破坏之间的关系，提出了最大容许沉降的差异。我国许多学者也对基坑开挖过程中邻近建筑物所受的影响进行了研究，比如王素霞[1]等 应用数值模拟的方法，通过考虑上部结构基础与岩体的共同作用，研究了建筑位移和内力受基坑开挖影响的规律。张亚奎[2]应用数值模拟分析了各种支护情况对坑外地层沉降的影响，总结了其发展变化的规律。由此可见，深基坑开挖对周围建筑物的影响备受关注，基坑开挖会造成周围土体变形，地应力发生改变，土体产生位移，使得支护结构变形，基坑底部隆起，围护结构外的地表沉降，基坑的降水也会使得土体固结，导致周围建筑物发生不均匀变形、倾斜、裂缝甚至倒塌等。
3.2对地下管线的影响
随着城市地下管线越来越密集，出现了专门研究基坑开挖对周围管线影响的学者。李大勇、龚晓南等［3］建立了同时考虑基坑支护结构、土层与地下管线变形耦合作用的三维有限元分析模型，对地下管线保护措施的几种方法进行了数值分析。王德刚等［4］以上海某基坑工程为例，细致分析了各个工况下管线的位移并提出了预防措施。在基坑开挖的过程中，基坑内部土体的应力被释放，使得基坑侧壁土体发生位移，导致管线周围的土体发生沉降，当管线周围土体的沉降与管线沉降差值较大时，管线所受到的应力就会改变，如果这个应力大于管线的承载能力，管线就会破坏，会直接影响到人民的生活和人身财产安全。
3.3对道路路面的影响
基坑的开挖可能会导致路面结构各层内应力释放，打破原有的平衡，这样支护结构后方的土体就会产生位移，从而带动路面结构向基坑方向移动，导致路面薄弱部位的应力集中而产生裂缝。裂缝的产生会影响路面和路基的稳定，降低道路的强度和使用年限，而且会影响交通且伴有安全隐患，还会为人们的出行带来不便。
4.工程实例
4.1工程概况
青岛地铁8号线科技馆站位于岙东南路与华强路的交叉路口，沿规划岙东路南北向布置。车站为8号线与9号线的换乘站，设有站前单渡线，站后交叉渡线和停车线，本站同时为9号线的终点站，车站规模较大。本车站主体结构总长282.0米，有效站台宽度14米，有效站台长度118米。车站共设4个出入口、4个风亭组、2个安全疏散口。本站的结构型式为两层五柱六跨箱型框架结构体系。车站西北象限为科技馆一期工程，东北侧象限为华强文化科技产业基地，东南象限现状为空地。科技馆一期正在施工，周边为在建道路工程，沿在建岙东路红线有较多已建成但未投入使用的管线。
车站两端8号线区间均为矿山法施工，小里程预留9号线暗挖条件，大里程9号线停车线与车站同步明挖法施工。车站主体结构采用明挖法施工，支护结构采用钻孔灌注桩/钢管桩+锚索（杆）和吊脚桩等支护形式。
4.2基坑开挖对周边环境的影响
科技馆站部分监测点布置如图1所示，基坑周围分布着管线、在建道路与在建建筑。在建科技馆距离基坑10.5m，东侧管线距离基坑15.5m，所以主要针对这两个位置分析深基坑开挖施工对周围环境的影响。
（1）科技馆
DC58-03,DC58-04,DC55-03,DC55-04这几个监测点离基坑最近，会受到比较大的影响，所以取这几个点作为研究。由图2可知，科技馆最大累计沉降值为3.01mm，离基坑较远DC58-04和DC55-04沉降相对较小，为2.05mm和1.36mm。发生沉降的原因主要是基坑降水过程使土体固结加上施工的扰动，共同导致了地表沉降。
（2）地下管线
沿在建岙东路红线有较多已建成但未投入使用的管线,GC04,GC05,GC06,GC07这几个地下管线监测点离基坑最近，会受到比较大的影响，所以取这几个点作为研究。由图3可知，地下管线最大累计沉降值为1.17 mm，离基坑较远GC05和GC07沉降相对较小，为0.93mm和0.82mm。开挖施工时有可能会直接损坏地下管线，也会扰动周围土体，土体应力的释放及重分布会使管线受压而断裂，这样会造成很大的风险,直接影响到人们的生活。
5.控制措施
深基坑工程是一项庞大的工程，消耗的资源是巨大的，为了避免资源浪费，减少对周围环境的影响，首先要做的就是做好工程地质勘察，对周边的地形地貌和土层情况都进行严格仔细的勘察，做好风险源控制，提前对离基坑较劲的建筑物、地下管线等地段进行监测并采取超前预注浆等保护措施，避免安全事故的产生；其次要做好科学的降水措施，周边环境受到影响很大的原因是地下水位下降，基坑开挖时应该提前对地下水水位进行一定程度的降低，并对地下管线渗漏情况做好实时监测，根据现场情况采取科学合理的措施保证基坑开挖工作顺利进行；最后要加强现场施工监测，并根据监测数据实时调整、优化设计和施工工艺。
图1
图3 地下管线沉降曲线
6.结语
（1）支护结构的变形、基底隆起及地下水位的降低是造成基坑失稳、周围环境不均匀沉降的的主要因素，要降低基坑开挖对周围环境的影响，就要严格控制地表沉降及支护结构的侧移量，并对这些不利因素进行科学预测和防护。
（2）基坑开挖时土体应力的释放加上降水过程中土体会发生位移，从而带动了地下管线的变形，在基坑开挖过程中要妥善处理地下管线。
（3）应该认真总结既有经验, 深入实际进行调查分析，多对比工程实例，进行多方案比对，丰富根据理论知识，合理预测出深基坑施工对周围环境的影响。
参考文献
[1]王素霞，黄石松，夏碧涛.基坑开挖对邻近建筑物影响的有限元分析[J].建筑与工程，2008（6）：53-54.
[2]张亚奎.深基坑开挖对邻近建筑物变形影响的研究[D].北京：北京工业大学建筑工程学院，2003.
[3]李大勇，龚晓南，张土乔.软土地基深基坑周围地下管线保护措施的数值模拟[J].岩土工程学报,2001,(6) :736－740．
[4]王德刚，李新同．深基坑施工周边管线变形监测分析和处理[J]．上海地质，2007，(2) :21 －24．
论文作者:朱自臻1,刘远才1 郭中发2,刘德稳1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/5
标签：基坑论文; 管线论文; 结构论文; 地下论文; 应力论文; 周围环境论文; 深基坑论文; 《建筑学研究前沿》2018年第5期论文;