新建基坑开挖对临近既有地铁车站附属结构影响 分析

梅晓伟，郭立波，魏强，马国峥

北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司 北京市 100000 摘 要 伴随我国社会经济日益发展，科学技术不断进步着，近年来随着地铁工程建设规模越来越大，地铁线路所覆盖的地区也越来越大。越来越多的新建建筑深基坑工程位于既有地铁车站的保护范围内，基坑施工不可避免地影响了地铁车站的受力平衡，出现应力重分布现象，引起地铁车站附加变形。同时，地铁运营线路对结构变形控制极严格，车站区域尤其是出入口变形缝对变形较敏感，其两侧差异沉降过大将导致拉裂、渗漏等，严重影响使用安全。因此，必须重视邻近地铁车站的建筑深基坑施工对地铁车站的影响，以保证地铁车站的安全。

本文结合某邻近地铁车站的建筑深基坑工程的施工和第三方监测，研究了基坑开挖施工对邻近既有地铁车站及附属结构的变形影响。结果表明：车站主体结构及附属结构的沉降、横向位移、差异变形等数值均小于控制值，附属结构变形大于车站主体结构变形；车站主体结构沉降变化趋势为上浮再变化趋势，附属结构沉降变化趋势为先上浮再下沉最后上浮的变化趋势，沉降最大发生在基坑施工过程中，基坑施工中应加强邻近既有车站结构的监控量测。

关键词：既有地铁车站；基坑开挖；第三方监测；沉降分析

基于此，本文结合某邻近地铁车站的建筑深基坑工程的施工和监测，对基坑开挖施工对邻近既有地铁车站的影响进行研究，分析了基坑开挖对地铁车站周围土体和车站主体结构及附属结构的位移变化，以了解基坑开挖施工引起的地铁车站主体结构及附属结构的位移变化规律，为今后类似工程施工提供借鉴。

1 工程概况

1.1新建工程概况

平原里小区3号楼定向安置房位于北京市西城区，菜市口南大街与白纸坊东街的交汇口西北角，其地上为高层框架结构，地下为四层结构，筏板基础，其占地面积约为4705.893平米。平原里小区3号楼定向安置房基坑工程，基坑长约120m，宽约23.6~30m，一般深约23.2米，局部24.7米（位于基坑东侧中部），基坑采用地连墙+内支撑，围护桩+锚索支护等形式。

1.2既有地铁工程概况

地铁4号线陶然亭站位于菜市口南大街与白纸坊东街交叉口处，呈南北走向，全长197.6m。设1号、2号、3号、4号四个出入口。其中1号出入口位于十字交叉口东南角，对应现状C出入口，2号出入口位于十字交叉口西南角，对应现状D出入口，3号出入口位于十字交叉口西北角，对应现状A出入口。车站于1号、3号出入口处分别设东南风道及风亭、西北风道及风亭。车站总平面图如图1.所示。

图1.车站总平面图

1.3新建工程与既有地铁位置关系

新建基坑距离既有车站及区间外皮平面距离约34米，新建基坑比既有车站底板深约1~2米。基坑东北侧邻近地铁4号线陶然亭站西北风道，风道距基坑边约1.4米。风道为双层单跨矩形结构，结构总高12.7米，总宽8.6米，风井为矩形结构，内净空均为6×4米，临近风道、风亭均采用明挖法施工。新风亭排风亭合建地面结构为单层钢架结构，结构高出地面约5.5米。邻近基坑采取地下连续墙+内支撑支护型式，地下连续墙宽0.8米。

基坑南侧邻近陶然亭站3号出入口通道明挖段及地面厅，距基坑边约1.5米。通道为单层单跨矩形结构（三个断面）和单层双跨矩形结构（等高断面、共用中隔墙双跨不等高断面），其中单层单跨矩形结构总宽均为8米，总高度分别为5.1米（平直段）、8.85米（集水坑处）以及8米（斜坡段）；单层双跨矩形结构总宽15.2米，等高断面总高度为4.9米、共用中隔墙双跨不等高断面处于斜坡段，双跨底板和顶板不在同一标高。邻近基坑采取地下连续墙+内支撑支护型式，地下连续墙宽0.8米。

2 工程地质与水文条件
2.1场地岩土条件

根据对现场钻探与原位测试综合分析，将本次岩土工程勘察的勘探深度范围内（最深50.00m）的低层，按成因类型、沉积年代可划分为人堆积层和第四纪沉积层两大类，并按其岩性及工程特性进一步划分为9个大层及亚层，先分述如下：

表层为人工堆积层，一般厚度为3.10~5.90m，层底标高39.95~37.28m的杂填土①层及粘质粉土—粉质粘土素填层①1。

人工堆积层以下为第四级沉积层：

1）层底标高为36.92~35.65m，该大层厚度为4.30~1.10m，粘质粉土—砂质粉土②层、粉质粘土—重粉质粘土②1层、粉砂—细砂②2层；

2）层底标高为28.73~27.75m，该大层厚度为8.70~7.60m，细砂—中砂③层、细砂—粉砂③1层、重粉质粘土—粉质粘土③2层及砂质粉土—粘质粉土③3层；

3）层底标高为23.36~22.82m，该大层厚度为5.70~4.50m，圆砾—卵石④层，细砂—中砂④1层；

4）层底标高为17.33~16.48m，该大层厚度为6.80~5.80m，卵石⑤层，中砂—细砂⑤1层；

5）层底标高为15.75~14.78m，该大层厚度为2.00~1.10m，重粉质粘土—黏土⑥层；

6）层底标高为8.08~7.73m，该大层厚度为7.90~6.80m，卵石⑦层，中砂—粗砂⑦1层；

7）层底标高为-2.08~-2.45m，该大层厚度为10.50~3.70m，卵石⑧层；

8）本次勘探止于该层，该层厚度为4.50~3.90m,卵石⑨层。
2.2水文地质情况

本次岩土工程勘察地下水位观测时间为2016年2月27日至3月2日。于钻孔实测到2层地下水。第一层地下水类型为层间潜水，含水层岩性为卵石⑤层和中砂—细砂⑤1层，水位埋深24.10~23.60m（静止水位标高为19.63~19.26m），本层地下水在拟建厂区连续分布，平均年变幅可达1~2m；第二层地下水类型为承压水，含水层岩性为卵石⑦层、中砂—粗砂⑦1层、卵石⑧层和卵石⑨层，水位埋深24.70~24.00m（静止水位标高为19.28~18.66m，承压头为3.30~4.50m），本层地下水在拟建厂区连续分布。本次勘探未揭露上层滞水，但因大气降水及管道渗漏等原因，拟建厂区不排除存在上层滞水的可能性。
3 既有车站变形实测结果分析

为了解基坑开挖施工引起的地铁车站主体结构及附属结构的位移变化规律，依据专项设计方案及相关规范要求，通过现场实测分析，对邻近基坑施工期间既有陶然亭车站主体结构及附属结构沉降和水平位移进行了现场监测及综合分析。3.1现场监测范围及方案
根据评估资料及类似项目经验，监测范围为地铁4号线陶然亭站及陶然亭~菜市口区K5+490~K5+680，190双线米（车站分界为K5+608.9）； 西北风亭、3号出入口、临时冷却塔。

地铁车站结构、出入口、风道结构沉降用精密水准仪进行监测，测点布设为5-20m等间距布设监测断面，直至两端监测范围里程。测点布设在邻近基坑一侧地铁车站结构侧墙上。如遇沉降缝位置处，在沉降缝两侧加设测点。车站主体结构沉降共计布设10个测点，3号出入口结构沉降共计布设27个测点，西北风道结构沉降共计布设20个测点。

地铁车站结构横向位移使用全站仪进行监测，在地铁结构侧墙上布设水平变形测点，测点采用反射棱镜固定在结构侧墙上。结构水平位移测点间距与结构沉降测点相同。3号出入口横向位移共计布设16个测点，西北风道位移共计布设8个测点。

监测自邻近地铁车站一侧围护结构施工开始，至地下结构施工完成为止。监测频率为基坑开始施工至地下结构施工完成期间，结合运营特点，监测频率每周不少于4次。

从下表可以看出：车站主体结构实测沉降较小，最大沉降为上浮0.43mm，最大水平位移0.5mm；3号出入口实测最大沉降为下沉2.00 mm，最大水平位移3.0mm；西北风道实测最大沉降为上浮1.03 mm，最大水平位移3.2mm；由此可见3号出入口沉降量最大，西北风道横向位移量最大。但均小于控制值。

表 2 竖向及横向位移实测最终值汇总（单位：mm）

3.3地铁车站主体结构变形分析

3.3.1车站结构主体竖向变形分析

地铁车站主体结构竖向位移实测结果如图4、图5所示。图4为地铁车站主体结构各沉降测点最终变形统计曲线图。图5为沉降累计值最大测点的变化历时曲线。

图 3 车站主体结构竖向位移测点最终变形统计曲线图

3.3.2车站结构主体横向变形分析

地铁车站主体结构横向位移实测结果如图4所示。图4为车站主体结构各横向位移测点最终变形统计曲线图。

图 4车站主体结构横向位移测点最终变形统计曲线图

由图4可知，地铁车站主体结构横向位移施工期间均未超出变形控制值，方向为偏向基坑开挖侧，最大横向位移为0.50mm，说明基坑开挖对地铁结构产生了一定影响。

3.4地铁附属结构变形分析

地铁车站附属结构出入口及风道竖向位移位移均大于主体结构位移，施工期间均未超出变形控制值，最大沉降点为出入口结构1-11测点，最大沉降量为下沉2.00mm；变化趋势为先上浮再下沉最后上浮的变化趋势变化量主要在基坑开挖期间；附属结构对应围护结构采用地连墙+内支撑形式，说明基坑开挖施工影响基坑周边土压平衡, 对地铁出入口以及风道影响大于车站主体结构影响。分析原因为1）出入口以及风道距离基坑较近，车站主体较远。2）结构自身刚度出入口基础较浅，风道为高耸结构，自身抗变形能力较小，车站结构刚度大抗变形上浮能力强。

地铁车站附属结构出入口及风道竖横位移位移均大于主体结构位移，施工期间均未超出变形控制值，最大横向位移为风道结W308-1测点，偏向基坑最大位移量为3.2mm；风道对应围护结构采用地连墙+内支撑形式，说明基坑开挖施工影响基坑周边土压平衡，伴随着基坑开挖卸荷，支护结构后主动土压力也逐渐增大，对车站结构及附属结构形成整体侧压力，对地铁风道影响大于出入口以及车站主体结构影响。

4 结语

（1）根据实测结果分析：既有车站主体结构实测最大沉降上浮0.43mm，最大水平位移0.50mm；附属结构出入口位移大于主体结构位移，最大沉降为出入口结构下沉2.00mm，最大水平位移为风道结构偏向基坑侧3.2mm，但均小于控制值。

（2）对于附属结构对应采用地连墙+内支撑方式进行支护的邻近地铁车站侧深基坑，加大了基坑围护结构支护刚度，附属结构变形量仍然大于车站主体结构。

（3）车站主体结构及附属结构的沉降、水平位移、差异变形等数值均在控制值范围内，验证了本基坑工程设计、施工方案的合理性。

（4）地铁车站主体结构竖向位移变化趋势为上浮变化趋势；车站附属结构变化趋势为先上浮再下沉最后上浮的变化趋势竖向位移最大发生在基坑施工过程中，而非基坑施工结束时，表现出开挖卸载作用和结构加载作用对结构和周围土体位移场的动态叠加抵消作用，基坑施工中建议加强既有车站附属结构的监控量测。

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