浙江华展工程研究设计院有限公司 浙江宁波 315012
摘要：老城区内的轨道交通深基坑往往临近老旧小区等变形敏感建筑，工程中须采取有效的变形控制措施以减小深基坑施工对周边敏感建筑物的影响。本文结合宁波软土地区某盾构工作井基坑项目，通过有限元软件基于三种措施对临近的敏感建筑变形控制的效果和经济性分析，研究了措施效费比，并提出专项保护方案。
关键词：轨道交通工程；深基坑；敏感建筑；变形控制
1 引言
位于市中心区域的轨道交通工程周边往往密集分布着各类建筑物，地下开挖施工会对临近建筑物尤其是老旧小区等产生较大程度的影响，如建筑下部桩基产生次生应力与变形，建筑物开裂甚至结构破坏等。因此，对于临近敏感建筑的轨道交通深基坑工程，必须采取有效的变形控制措施以减小深基坑施工的影响。
在深基坑变形控制措施的研究方面，杨敏等[1]采用三维弹塑性有限元法，讨论了基坑的空间效应、开挖深度、支护墙刚度、桩基和基坑距离、桩基刚度和桩头约束条件等因素对邻近桩基附加侧向位移和弯矩的影响。刘建航[2]阐述在上海地铁及其邻近建筑深基坑的工程设计和施工中，运用时空效应规律控制基坑变形以保护环境的理论方法和实践效果。程斌等[3]以上海地铁二号线基坑工程实际为背景，分析了基坑开挖过程中，施工对其周围建筑物、地铁隧道产生的影响，并对现有的一些治理措施和解决方案进行分析总结。丁勇春等[4]利用三维数值模拟，探讨不同基坑支护方案及技术措施对基坑变形控制及周边建筑保护的有效性，得到隔断桩侧向变形及建筑基础沉降与基坑围护墙侧向变形具有较强的关联性的结论。
尽管目前关于轨道交通深基坑对临近建筑物影响施工以及相应的措施的研究已有了一定成果，但相关结论和方法的适应性仍受地域限制，未能达到定量的要求且针对性不强。本文结合宁波软土地区某盾构工作井基坑项目，从设计角度就减小基坑施工对周边敏感建筑影响的控制措施的效费比展开研究，控制措施包括增加地连墙刚度、增加地连墙深度和坑内土体加固，并基于变形控制措施研究成果，提出了深基坑周边敏感建筑的专项保护方案。
2、工程概况
宁波市轨道交通4号线工程翠柏路盾构工作井位于体育场路与后河巷之间的翠柏路上，场地东侧为汪弄小区，西侧为宁波工程学院。盾构工作井长度约92.784m，宽度11.9~18.8m，地下结构为两层，标准段基坑深度18.25~19.14m，端头井基坑深度19.92~20.75m，坑底主要位于⑤1b层粉质黏土中。支护型式为地下连续墙+一道钢筋砼支撑+四（五）道钢支撑，地下连续墙深度39m，其中基坑西侧标准段墙厚800，其余区段墙厚1000，桩基型式采用Φ800钻孔灌注桩，施工工法为半盖挖顺作法。
基坑东侧的汪弄社区1#~6#楼均为8层钢筋混凝土建筑，1#~3#楼及4#~6#楼之间均有2层裙楼。主楼沿基坑方向长度约9.7~24.7m，垂直基坑方向长度约24.5~26.0m；裙房沿基坑方向长度约为15.3m，垂直基坑方向长度约24.5~26.0m，与盾构工作井基坑最近距离约9.7~12.9m。工程桩均采用Φ426沉管灌注桩，桩长约35.0~35.5m。
宁波工程学院第一教学楼（砼5）位于基坑西侧，建筑沿基坑方向长度约19.8m，垂直基坑方向长度约74.2m，建筑整体呈长条形，与盾构工作井基坑最近距离约23.0m。工程桩均采用Φ377沉管灌注桩，桩长为20.5m。
宁波工程学院第二教学楼（砼6）位于基坑西侧，建筑沿基坑方向长度约22.6m，垂直基坑方向长度约63.8m，整体建筑呈“人”字型，与盾构工作井基坑最近距离约14.1m。工程桩均采用Φ426沉管灌注桩，桩长为20.2~25.8m。
汪弄社区建筑和宁波工程学院第一、二教学楼均建造于20世纪90年代，年代较久远。工程桩采用小直径沉管灌注桩，施工质量不易保证，且抗水平变形能力差。根据现场调查结果，在盾构工作井基坑施工前，这些建筑均有不同程度的倾斜（倾角约0.03°~ 0.33°）。根据以上对基坑周边建筑描述可知，这些建筑均为变形敏感建筑，在基坑施工期间须采取可靠措施对其进行重点保护。
3、控制措施及效费比研究
图1 盾构工作井基坑及周边建筑三维有限元模型
根据基坑及周边环境构建有限元模型（见图1），开展包括增加地连墙刚度、增加地连墙深度和坑内土体加固措施对周边建筑变形影响的控制变形研究，研究方案见表1。在模拟计算中，首先假设不考虑对周边建筑进行保护，建立无任何变形控制措施的常规基坑模型。该模型地连墙厚度为800mm，墙深39m，并不考虑坑内土体加固措施。以该计算模型为基准模型，然后再分别考虑增加地连墙刚度、增加地连墙深度和坑内土体加固措施，最后将采取控制变形措施的计算模型与基准模型的有限元计算结果进行比较分析。
表1 设计措施研究方案
图3 桩顶水平位移减小率与费用增量的关系（工程学院）
图4 建筑沉降减小率与费用增量的关系（工程学院）
为从各措施中选出针对汪弄社区和工程学院的优化措施，绘制了图2~图3。从图2可知，对于控制汪弄社区建筑桩顶水平位移的效果中，坑内土体加固的性价比最优，增加地连墙墙厚及深度效费比不佳。从图3、图4可知，各措施对于控制工程学院桩顶水平位移和建筑沉降的效果中，坑内土体加固的性价比最优，增加地连墙墙深次之。
4、加固方案与预测结果
对于建筑沉降控制标准，相关规范与地区经验[5~7]给出的沉降允许值都较大，这些建筑变形允许值是以建筑不发生结构损坏为前提提出的，而本文考虑建筑不发生美观破坏，故相关变形应比这些标准更为严格。
为使盾构工作井开挖导致汪弄社区和工程学院建筑变形小于控制标准，提出以下加固方案：在基坑坑底以上进行水泥掺量10%的土体弱加固处理，土体置换率0.6，费用增加约300万元。采用加固方案后，汪弄社区和工程学院建筑桩顶最大水平位移、建筑最大沉降和桩身允许最大弯矩预测结果均能满足变形控制标准（见表2）。
表2 盾构工作井基坑周边房屋变形预测结果
5、结论
1、对于控制基坑开挖导致的建筑变形，坑内加固措施优先级最高，加固时应采用合适的水泥掺量，因为水泥掺量过低达不到土体加固的效果，而过高则会给后期挖土带来困难。
2、增加地连墙墙厚对于控制建筑变形的效费比不高，但采用T型幅时效费比提升显著，是除坑内加固措施外推荐优先级较高的措施，但T型幅施工时间长，成槽塌壁风险大，大面积施工时应注意施工对周边建筑的影响。
3、地下连续墙墙趾进入好土层一定深度后，再继续增加地连墙的深度，对周边环境变形的控制效果不显著，不推荐增加地连墙深度的措施。
4、采用加固加固方案后，盾构工作井基坑周边的汪弄社区和工程学院建筑变形和内力均能满足控制标准。
5、临近保护建筑的轨道交通基坑工程，应在设计阶段综合考虑变形控制措施的效果、经济性及施工难度等因素，以达到优化设计的目的。
参考文献：
[1]杨敏，周洪波，杨桦. 基坑开挖与临近桩基相互作用分析[J]. 土木工程学报，2005，38（4）：91-96.
[2]刘建航. 上海地铁施工与邻近建筑施工的环境保护技术[A]. 中国土木工程学会第八届年会论文集[C]. 1998：272-279.
[3]程斌，刘国彬，侯学渊. 基坑工程施工对邻近建筑物及隧道的相互影响[J]. 工程力学，2000，（增）：486~491.
[4]丁勇春，程泽坤，王建华等. 深基坑施工对历史建筑的变形影响及控制研究[J]. 岩土工程学报，2012，34（Supp）：644-648.
[5]中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑地基基础设计规范：GB50007-2011[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[6]刘国彬，王卫东. 基坑工程手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2009.
[7]欧章煜，谢百钩. 深开挖邻产保护之探讨[J]. 岩土工程学报，2008，30（9）：509~517.
论文作者:龚迪快,曾婕
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/21
标签：基坑论文; 建筑论文; 措施论文; 盾构论文; 工程学院论文; 工程论文; 深度论文; 《防护工程》2019年第6期论文;