中铁上海设计院集团有限公司天津分院 天津 300073
摘要：以天津地铁一般地下两层车站为依托，描述了车站围护结构型式，地质概况，风险源概况以及变形控制标准，模拟车站基坑开挖支护时对周边环境风险源的影响，计算采用启明星基坑支护设计软件、MIDAS-GTS软件，分析了计算结果，总结并提出风险工程保护措施及风险工程应急预案。
关键词：基坑开挖；环境风险源；影响分析；保护措施
1 引言
随着我国社会主义市场经济的不断发展，城市化发展水平不断提高，城市基础设施包括道路交通设施等不断完善，地铁项目建设正处于迅速发展的时期，而地铁线路错综复杂，一些地铁车站在基坑开挖过程中，不可避免的会遇到周边环境特殊，如管线较多、建筑物距离较近等情况。本文以此类工程为例，分析基坑开挖对周边建筑物及管线的影响，并提出保护措施。
2.工程概况及周边环境风险描述
2.1 工程概况
车站沿某高速公路大致呈东西向敷设，为地下二层混凝土框架结构，车站中心里程覆土3.95m，结构标准段宽度为20.7m，标准段基坑深17.97m～18.48m；盾构段基坑深19.638m~20.21m。
车站主体基坑围护结构型式采用地下连续墙+四道内支撑，地连墙墙厚0.8m，支撑第一道及第三道采用钢筋混凝土支撑，支撑截面为1mx1.2m。第二道及第四道支撑采用钢支撑，直径800mm壁厚16mm。
2.2．周边环境风险描述
（1）距基坑0.70H范围内有一根GT其它工业钢管（航油管）DN200，埋深1.21米，距离车站主体围护外皮最小净距5m。风险源等级为Ⅱ级。
（2）距基坑0.70H范围内民航小区住宅楼：航1楼（3层）、航3楼（4层）、航21楼（6层），距离车站主体围护外皮最小净距9.79m。基础埋深1.5m，筏板基础。风险源等级为Ⅱ级。
图2：环境风险源与主体关系剖面图
3.工程地质及水文地质
3.1 地层岩性
据车站岩土工程详细勘察报告，地层为第四系全新统人工填土层（Qml）、第Ⅰ陆相层（Q43al）、第Ⅰ海相层（Q42m）、第Ⅱ陆相层（Q41h+al）以及上更新统第Ⅲ陆相层（Q3eal）、第Ⅱ海相层（Q3dmc）、第Ⅳ陆相层（Q3cal）、第Ⅲ海相层（Q3bm）。
勘察的最大孔深55.0m，在该深度范围内，所揭露的地层属第四系全新统及上更新统与中更新统地层。各层的主要物理力学指标详见表1。
3.2 水文地质
1、潜水含水层
指埋藏较浅的表层地下水，主要赋存于人工填土（Qm1）、第Ⅰ陆相粉土层及第Ⅰ海相粉土层、积⑧1粉质黏土层属不透水～微透水层，可视为潜水含水层与其下承压含水层的相对隔水层。
场地地下潜水水位如下：
初见水位埋深1.6～2.7m，相当于标高0.90～2.02m。
静止水位埋深1.2～2.4m，相当于标高1.40～2.52m。
2.承压含水层
第Ⅱ陆相⑦2、⑧2粉土（局部粉砂）层，其透水性好，为第一承压含水层。第一层承压力水水头埋深4.00m，相当于大沽标高-1.47m。以其下透水性较差的⑨1粉质黏土、⑩1粉质黏土层作为承压含水层隔水底板。第IV陆相?4粉砂层，其透水性好，为第二次承压水层。第二层承压水层水头埋深5.2m，相当于大沽标高-2.67m。以其下透水性较差的?5粉质粘土层作为承压含水层隔水底板。
4.变形控制指标
（1）航油管变形控制指标
根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）相关规定及天津地铁5、6号线经验，对于压力管线，管线的最大允许位移控制值为20mm，每天发展不得超过2mm，差异沉降不得超过0.3%Lg（Lg为管节长度）。当管线累计沉降值达10mm且管线无渗漏、破裂时，施工现场进入预警状态，并与管线的产权单位联系，商讨施工对策，对管线采取保护措施；当管线累计沉降值达到15mm时，施工现场即进入应急抢险状态。
（2）建筑物变形控制指标
根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）相关规定及天津地铁5、6号线经验，建筑物的最大允许沉降控制值为20~30mm，变化速率控制值为2~3mm/d。砌体结构基础的局部倾斜（砌体承重结构沿纵向6m~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值）＜0.002。建筑物基础的局部倾斜超过允许值0.002时，采用φ52@1000袖阀管对建筑物基础底注浆加固，袖阀管长度11m，钻孔与水平倾角30°，注浆长度7m，浆液采用水泥水玻璃双液浆。
5.基坑开挖对航油管及建筑物的影响分析
分别采用启明星基坑支护设计软件及MIDAS-GTS对周围土体进行分析
5.1“同济大学明星基坑支护设计软件”计算
首先通过“同济大学启明星基坑支护设计软件”对标准段段进行计算及内力分析，地面超载取20KPa，建筑物超载取每层15KPa，6层住宅楼合计90 KPa，基坑侧壁安全等级按一级考虑。模型及计算结果如下图：
图：5：启明星计算地面沉降-计算结果
上图计算结果显示：最大地面沉降为16.3mm，距离基坑5m左右的航油管线地面沉降最大为12.5mm。距离基坑10m左右的民航小区住宅楼地面沉降最大为16mm。
5.2“MIDAS-GTS”计算
GTS模型采用2D平面应变处理，延主体结构纵向取每延米，模型范围左右侧取基坑宽度2倍范围，下部取车站基坑深度1.5倍范围，上部为地面，建筑物基础为筏板基础。施工阶段分为初始阶段、开挖阶段、支撑阶段、开挖至坑底段。模型及计算结果如下图：
图5：GTS计算模型
图6：GTS 最不利工况计算结果
GTS模型计算结果显示做完底板拆除第四道钢支撑时为最不利工况，此时航油管的沉降值为7.7mm，建筑物的沉降值为13.2mm，满足变形控制指标要求。
通过以上两种计算分析，航油管及建筑物的沉降均能满足“变形控制指标”中的相关要求。
6.环境风险源保护措施
理论计算本站环境风险源在基坑开挖过程中均能满足变形控制指标要求，实际施工时，为防止意外，以及减小对附近居民及道路交通的影响，总结类似工程经验对不同风险源须采取相应的保护措施：
（1）对航油管线的保护措施：为减少车站基坑施工对航油管线的影响，在车站基坑开挖前，航油管与基坑距离5m~6m范围内，在航油管与车站之间打入工字钢隔离桩，桩顶设500X700mm混凝土冠梁。隔离桩采用I32a@350mm，桩长7m。在航油管周围设置管线及地表沉降观测点，注意严格控制隔离桩打入过程中对航油管周围土体的振动，做好航油管周围土体沉降监测，一旦出现报警，立即停止施工，并通知各相关单位商议具体处理措施。
（2）对建筑物的保护措施：为减少车站基坑施工对住宅楼的影响，围护结构距离建筑物较近处部分地连墙墙长加长1.5m。支撑型式由首道钢筋混凝土支撑+3道钢支撑优化为2道钢筋混凝土支撑+2道钢支撑（原第二道钢支撑调整为钢筋混凝土支撑）。另外，车站南侧与住宅相邻处净距小于17m（1倍基坑深度范围）的地连墙接缝采用Φ800@500高压旋喷桩止水（3根品字布置），长度均为地面以下3m至地连墙墙底。
7．结语
地铁车站选址不可避免的临近建筑物，或附近有不可切改的控制性管线。在此类车站施工之前，必须对地铁车站基坑开挖对周边环境风险的影响进行分析，并针对不同风险源采取不同的保护措施，以减小对附近居民居住、管线使用及交通的影响。
参考文献
［1］ GB 50157-2013 地铁设计规范［S］．
［2］ GB 50652-2011 城市轨道交通地下工程建设风险管理规范［S］．
［3］ 郑刚，李志伟． 基坑开挖对邻近任意角度建筑物影响的有限元分析［J］．岩土工程学报，2012，34（4）：615-624．
［4］蔡建鹏，黄茂松，钱建固，等．基坑开挖对邻近地下管线影响分析的DCFEM法［J］．地下空间与工程学报，2010，6（1）：120-124．
论文作者:李美群
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：基坑论文; 油管论文; 车站论文; 建筑物论文; 管线论文; 风险论文; 含水层论文; 《建筑学研究前沿》2017年第30期论文;