顧美婷

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

合肥地鐵深基坑開挖對臨近建筑物沉降的影響分析

顧美婷

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

城市地鐵建設(shè)常位于建筑物眾多的城區(qū)，為避免影響周邊建筑物的安全，必須嚴(yán)格控制因基坑開挖引起的建筑物沉降。本文通過對合肥地鐵二號線潛山路站周邊建筑物沉降量的監(jiān)測值進(jìn)行分析，并結(jié)合數(shù)據(jù)擬合的曲線，探討了基坑開挖過程中建筑物沉降的一般規(guī)律，為以后的施工和將來的地鐵建設(shè)提供指導(dǎo)和建議。

基坑工程；建筑物沉降；數(shù)據(jù)擬合

0 引 言

地鐵一般位于城市中心地段，附近環(huán)境復(fù)雜，建筑物、管線、道路等錯綜復(fù)雜，現(xiàn)場施工條件也相對艱難[1]。并且，地鐵車站土方的開挖會引起地基應(yīng)力場發(fā)生改變，從而導(dǎo)致土體的變形，造成對周邊臨近建筑物的影響，尤其是施工中控制不妥都會影響周圍建筑物的正常使用，甚至產(chǎn)生重大社會危害[2-5]。隨著國內(nèi)外對于基坑開挖對建筑物沉降影響的規(guī)律的深入研究，以及結(jié)合大量工程實(shí)踐、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，在這方面取得了長足的發(fā)展。本文通過對臨近建筑物所取測點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得出建筑物沉降的變形規(guī)律，從而判斷該基坑施工是否對既有建筑物的安全產(chǎn)生影響[6]。

基坑監(jiān)測發(fā)展的初期，當(dāng)時(shí)國內(nèi)基坑工程的狀況是開挖深度較淺、周圍環(huán)境和建筑物情況較簡單、開挖面積較小、使用的監(jiān)測儀器較少且精度不高，所以基坑監(jiān)測尚未發(fā)展。隨著時(shí)代發(fā)展，現(xiàn)代高層建筑和超高層建筑不斷發(fā)展起來，基坑工程也逐漸發(fā)展起來，并且精密的儀器也逐漸應(yīng)用于基坑建設(shè)當(dāng)中。自上世紀(jì)90年代開始的十多年發(fā)展以來，基坑監(jiān)測獲得長足發(fā)展，在理論和實(shí)踐中都獲得了巨大進(jìn)步。

1 監(jiān)測方案

1.1 工程地質(zhì)概況

本車站地形稍有起伏，為臺地地貌，地面高程29～37 m?，F(xiàn)多為交通道路、酒店、工地及居民住宅區(qū)。

測區(qū)在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺江淮臺隆所屬的合肥斷陷盆地，區(qū)域上位于華北地臺的南端，燕山期活動強(qiáng)烈，形成平緩開闊的合肥斷陷盆地。本區(qū)斷層構(gòu)造主要有近東西向、北西向、北東向三組。

段內(nèi)上覆第四系人工填土、黏土、殘積土，下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)周公山組（J3Z）泥質(zhì)砂巖，巖層總體呈單斜狀，地質(zhì)構(gòu)造簡單。

擬建場地地層概況如下：

<1-1>人工填筑土（Q4ml）

灰黃色、褐黃色，主要為素填粘性土，可塑～硬塑狀，稍經(jīng)壓實(shí)。局部見砂及碎石塊。表層0.1～0.6 m為砼路面。在車站地表廣泛分布，一般厚0.90 m～3.30 m。

<3-1>黏土（XQ3）

灰黃色，黃褐色，可塑狀，土質(zhì)較純，含約3%～5%鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部含高嶺土，韌性中等，干強(qiáng)度高，切面光滑，無搖震反應(yīng)，采取率95～100%。主要分布于YDK24+413.60～YDK24+506.90段人工填筑土層之下，厚度變化較大，層厚0.00～12.90 m，埋深2.60～19.70m，該層一般具弱至中等膨脹性。

<3-2>黏土（XQ3）

褐灰、褐黃色，硬塑狀，含氧化鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，局部含高嶺土，韌性中等，干強(qiáng)度高，切面光滑，無搖震反應(yīng)。普遍分布于潛山路站內(nèi)，一般厚0～5.90 m，埋深4.60～7.60 m，一般具弱至中等膨脹性。

<4-2>殘積土（Qel）

灰褐色，硬塑狀，以黏土為主，土質(zhì)一般，含明顯砂粒，韌性中等，干強(qiáng)度高，切面光滑，無搖震反應(yīng)。普遍分布于潛山路站基巖之上，一般厚0～2.10 m，埋深5.90～10.20 m，一般具弱至中等膨脹性。

<10-1>全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（J3Z）

磚紅色，全風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認(rèn)，膠結(jié)程度差，局部可見鈣質(zhì)膠結(jié)，巖體風(fēng)化嚴(yán)重，巖芯多呈土柱狀，易鉆進(jìn)，遇水易軟化，塊狀巖芯手掰易碎。主要分布于車站內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖之上，根據(jù)本次勘探揭示，該層層厚1.00～3.30 m，埋深7.70～12.60 m。

<10-2>強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（J3Z）

磚紅色，強(qiáng)風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，泥質(zhì)膠結(jié)，局部含鈣質(zhì)，巖體多風(fēng)化明顯，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較軟，遇水易軟化，巖芯多呈短柱狀，節(jié)長5-30 m，局部碎塊狀，塊徑1-7 cm。根據(jù)本次勘探揭示，該層層厚 0～6.60 m，埋深11.00～15.50 m。

<10-3>中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（J3Z）

磚紅色，中等風(fēng)化，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，局部含鈣質(zhì)，中厚層狀，風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較軟，錘擊聲啞，易碎，遇水易軟化，巖體較完整，巖芯多呈短柱狀，節(jié)長5～40 cm，局部碎塊狀，塊徑1-9 cm。中風(fēng)化巖面埋深一般在11.00～15.50 m。

表1 場地相關(guān)地層物理參數(shù)

2.2 監(jiān)測方案

潛山路段位于長江路與潛山路交叉口處，為2、3號線換乘站，2號線車站沿長江西路敷設(shè)，為地下三層島式結(jié)構(gòu)，車站總長225.587 m，采用明挖順筑法施工（部分主體及附屬采用暗挖法施工），3號線車站沿潛山路敷設(shè)，為地下兩層島式車站，車站總長345.6 m，采用明挖順筑法施工，2、3號線車站兩端區(qū)間隧道均采用盾構(gòu)法施工，均為盾構(gòu)接收井[7]。

3號線車站主體結(jié)構(gòu)為地下兩層雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)段寬度為21.7 m，覆土厚度3.01～5.85 m，底板埋深17.78～21.50 m；車站大、小端里程端均設(shè)端頭井，小里程側(cè)端頭井覆土厚度5.85 m，端頭井寬度為25.70 m，底板埋深21.50 m；大里程側(cè)端頭井覆土厚度3.01 m，端頭井寬度為25.7 m，底板埋深18.68 m。

車站周邊有多處構(gòu)筑物：豐樂公寓（19層，地下2層地下室，基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，距離3號線主體基坑約28.33 m）；天天樂園大酒店（5層，淺基礎(chǔ)，距離3號線主體基坑約21.22 m）；34中學(xué)教學(xué)樓（7層，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，距離3號線車站主體基坑約16.12 m）；高架橋墩（基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，與3號線車站平面距離為約3.85 m）；家樂福地下室（地下室邊線距離3號線車站主體基坑約16.8 m）。

3 建筑物沉降數(shù)據(jù)分析

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對車站開挖基坑附近的既有建筑物進(jìn)行了監(jiān)測點(diǎn)的布置，根據(jù)施工現(xiàn)場的工程狀況、工程監(jiān)測需要以及監(jiān)測難度，在其臨近的一個建筑物——安天國際（監(jiān)測點(diǎn)分布圖見圖1）埋設(shè)8個監(jiān)測點(diǎn)，ATS01~ATS08，建筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)的布置情況如圖所示。本部分針對安天國際一棟臨近建筑物進(jìn)行建筑物沉降分析。

圖1 安天國際建筑物與基坑位置的關(guān)系和監(jiān)測點(diǎn)位置分布

圖2 安天國際建筑物尺寸

針對安天國際建筑物，監(jiān)測時(shí)間從2013年6 月23日到2014年2月22日，持續(xù)監(jiān)測共244天。針對安天國際附近的監(jiān)測點(diǎn)ATS01~ATS08進(jìn)行分析，其監(jiān)測點(diǎn)隨時(shí)間變化沉降變化的曲線如圖3所示。

圖3 安天國際建筑物周圍監(jiān)測點(diǎn)隨時(shí)間沉降變化曲線

從監(jiān)測點(diǎn)沉降隨位移變化的曲線看，隨著基坑開挖的進(jìn)行，安天國際的建筑物沉降量隨時(shí)間的變化呈增長趨勢。該建筑物的最大沉降量為4.44 mm，小于預(yù)警值。監(jiān)測結(jié)果顯示該建筑物周邊監(jiān)測點(diǎn)的沉降量由于基坑開挖處于安全范圍之內(nèi)[8]。

安天國際建筑物從2013年6月23日（1d）至2013年9月3日（73d）處于均勻沉降階段，在這個時(shí)間段內(nèi)建筑物均勻沉降，平均沉降0.82 mm，累計(jì)沉降最大的監(jiān)測點(diǎn)是ATS04、ATS05，達(dá)到1.6 mm，在這個階段內(nèi)的沉降主要是由于土體擾動和機(jī)器荷載引起的。從2013年9月3日（73d）至2013年11月23日（154d）處于差異沉降階段，在這個階段內(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)沉降發(fā)生較大差異而不是均勻沉降，8個監(jiān)測點(diǎn)中沉降最大的是距離基坑較近的ATS04、ATS05監(jiān)測點(diǎn)，其中ATS04監(jiān)測點(diǎn)最大沉降值為3.7 mm，ATS05監(jiān)測點(diǎn)最大沉降值為3.84 mm，而沉降變化較小的電視距離基坑較遠(yuǎn)的ATS01，該監(jiān)測點(diǎn)的最大沉降值為0.27 mm。這也說明了監(jiān)測點(diǎn)距離基坑越近，受到基坑開挖影響越大。從2013年11月23日（154d）至2014年2 月22日（244d）處于穩(wěn)定沉降階段，在這個階段內(nèi)個監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示沉降速率基本穩(wěn)定，建筑物沉降與趨于穩(wěn)定，該階段的最大沉降值發(fā)生在ATS05監(jiān)測點(diǎn)，達(dá)到3.83 mm，因此這個階段內(nèi)的基坑開挖對周圍建筑物的影響也會逐漸減小[9]。

3.2 數(shù)值擬合分析

數(shù)值軟件采用Origin8。取建筑物安天國際距離基坑最近的兩個監(jiān)測點(diǎn)ATS04和ATS05的沉降量隨時(shí)間變化的實(shí)際監(jiān)測值進(jìn)行數(shù)值擬合，得出圖4和圖5。

圖4 監(jiān)測點(diǎn)ATS04的沉降量擬合曲線與實(shí)際沉降量

由origin得出監(jiān)測點(diǎn)ATS04的沉降量數(shù)值擬合曲線公式為y=0.19377-0.02663x+3.4851×10-5x2

圖5 監(jiān)測點(diǎn)ATS05的沉降量擬合曲線與實(shí)際沉降量

由origin得出監(jiān)測點(diǎn)ATS05的沉降量數(shù)值擬合曲線公式為y=0.3218-0.02931x+3.971×10-5x2

由監(jiān)測點(diǎn)ATS04和ATS05的實(shí)測值與擬合值的對比可得出：

（1）監(jiān)測點(diǎn)的沉降量擬合值與實(shí)際監(jiān)測值基本吻合，只是軟件數(shù)據(jù)模擬并沒有考慮地下水的影響，所以隨著時(shí)間變化，監(jiān)測后期建筑物沉降趨于穩(wěn)定，沒有大幅度變化。

（2）監(jiān)測點(diǎn)的沉降量擬合取的是監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值，沒有考慮現(xiàn)場施工過程中的負(fù)責(zé)情況，所以在監(jiān)測前期建筑物沉降變化較為復(fù)雜，與擬合值間的誤差較大[8]。

（3）數(shù)值擬合取的是距離基坑最近的兩個監(jiān)測點(diǎn)ATS04和ATS05，可以最大程度得擬合建筑物的沉降，有效預(yù)防建筑物沉降過大的情況[7]。

4 結(jié)論

由監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際沉降量隨時(shí)間變化的曲線可得，在基坑開挖的過程中存在基坑監(jiān)測時(shí)間滯后的情況，對周邊建筑物沉降的影響大體分成均勻沉降、差異沉降、加速沉降和穩(wěn)定沉降四級階段。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得出，該建筑物的最大沉降量為4.44 mm，小于預(yù)警值，監(jiān)測點(diǎn)距離基坑邊緣越近沉降量越大，但是各監(jiān)測點(diǎn)的沉降量和沉降量之差都處于容許范圍以內(nèi)，對建筑物影響較小。隨著開挖的進(jìn)行，建筑物的最大沉降量不斷增大，但增大的速率卻在逐漸減小，所以在施工過程中應(yīng)該重視建筑物的差異性沉降[9]。

由數(shù)值擬合曲線可得，數(shù)值擬合得出的建筑物沉降隨時(shí)間變化的情況與實(shí)際沉降量變化是比較接近的，能夠比較準(zhǔn)確地反映建筑物沉降隨時(shí)間變化的趨勢，可以較為有效的預(yù)測建筑物沉降達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間[10]。所以在基坑開挖的過程中，要對基坑周邊的建筑物、構(gòu)筑物做好沉降量數(shù)據(jù)監(jiān)測工作，確保施工過程的安全穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫鈞.城市工程活動引起土體沉降對環(huán)境公害的預(yù)測與控制[A].//中國土木工程學(xué)會第八屆年會論文集[C].北京，1999，393-398.

[2]李志高，曾遠(yuǎn)，劉國彬.鄰近地鐵車站基坑開挖位移傳遞規(guī)律數(shù)值模擬[J]. 巖土力學(xué)，2008 （11）:3104-3108.

[3]張婷. 西安地鐵韋曲南站深基坑變形規(guī)律現(xiàn)場監(jiān)測研究[D].西安：西安科技大學(xué),2013.

[4]劉均紅. 西安地鐵車站深基坑變形規(guī)律現(xiàn)場監(jiān)測與FLAC模擬研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2010.

[5]趙鵬飛. 軟粘土地區(qū)地鐵深基坑開挖與支護(hù)的時(shí)間效應(yīng)分析[D]. 西安：西安建筑科技大學(xué)，2012.

[6]周嘉賓．深基坑逆作法施工地表沉降規(guī)律分析[J]．天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，16(4)：251．

[7]蔣文華,曹廣勇，程樺.合肥地鐵潛山路站基坑開挖對地表沉降影響的探討[J].安徽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2015,23（5）:22-25.

[8]賀躍光，吳盛才，徐鵬.城市鐵路安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與處理[J].工程勘察，2011(12):46-49.

[9]張效智.明光路車站基坑開挖對周邊環(huán)境的影響分析[D].合肥：安徽建筑大學(xué)，2015.

[10]魏鵬程．蓋挖逆作法基坑開挖對周邊環(huán)境影響的研究[D]．湖南：湘潭大學(xué)，2013．

(上接第2 9頁)

（4）對于高大模板支架施工過程中應(yīng)采用安全監(jiān)測的手段，實(shí)時(shí)了解支架體系變形和內(nèi)力的變化，實(shí)現(xiàn)動態(tài)施工。施工過程安全監(jiān)測理論和實(shí)踐目前亦比較成熟，可以彌補(bǔ)高大支模的理論計(jì)算的不足，解決模板支架搭設(shè)和選料的質(zhì)量難以控制的施工現(xiàn)象，能有效的減小高支模施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

[1]周建強(qiáng).碗扣式腳手架支撐體系研究與應(yīng)用[D].重慶:重慶交通大學(xué),2010.

[2]吳志新.碗扣式鋼管支架承載力試驗(yàn)結(jié)果分析[J].安徽建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2016,24(4):31-34.

[3][楊亞男.建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范: JGJ166-2008[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008. [4]劉群.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范: JGJ130-2011[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011

[5]張啟文.GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范: GB50017-2003[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2003.

[6]韓學(xué)威.碗扣式高支模架力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2012.

[7]陸征然. 扣件式鋼管滿堂支承體系理論分析與試驗(yàn)研究[D].天津:天津大學(xué),2010.

[8]張向東.ANSYS有限元分析超級手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，273-283.

Analysis on the Influence of the Building Settlement During Excavating at Hefei Subway Station

GU Meiting

(School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei, 230601,China)

The construction of subway is often located in the urban area with dense buildings. In order to avoid affecting the safety of surrounding buildings, building settlement caused by excavating must be strictly controlled . Based on the building settlement data at Qianshan Road Station of No.2 subway in Hefei, this paper discussed the related rules of building settlement during excavating process through the analysis of the building settlement data by numerical fitting . The results may provide guidance and suggestions for the project and subway construction in the future.

foundation engineering; building settlement; numerical fitting

TU411.01

A

2095-8382(2016)06-030-05

10.11921/j.issn.2095-8382.20160607

2016-03-09

顧美婷（1992-），女，碩士生，主要研究方向?yàn)榈叵陆Y(jié)構(gòu)工程。