地鐵深基坑開挖引起的環境效應及防治措施摘要:地鐵深基坑工程施工對周圍環境的影響很大,需要采取合理措施對其進行保護。就南京地鐵深基坑工程中的基坑時空效應、降水基坑外的地面沉降、信息化施工等施工引起的環境問題進行討論,并提出環境保護措施。關鍵詞:基坑工程;環境保護;時空效應;降水;隆起;地面沉降;信息化;監測1

概述

近年來隨著我國地鐵建設的發展,越來越多的城市修建地鐵。而地鐵深基坑工程具有開挖難度大、工期長、費用高及對周圍環境的影響大等問題,它已經成為城市建設中一個亟待攻克的難題,其中的環境保護問題已經成為基坑支護中諸多問題的重中之重。因此地鐵基坑工程施工的好壞,直接影響到基坑工程的造價和安全,同時,保護鄰近建筑(或管道)的安全并保證其正常使用具有重大的經濟效益和社會效益。2

基坑開挖引起的環境效應

城市地鐵深基坑工程具有以下特點:(1)深基坑工程施工環境條件比較差。由于高層、超高層建筑都集中在城市中心區及主要街道的兩旁,建筑密度大,人口密集,交通擁擠,施工場地狹小,束縛了工程施工的手腳。(2)基坑開挖越來越深。業主為節約土地,充分利用原有基地面積和地下空間,設置車站、人防、機房及消防設施,故地鐵結構的深度和層數相應增加。(3)必須設置技術可靠可行的支護結構來確保安全,還要考慮到對周圍地下的煤氣、上水、下水、電訊、電纜等管線的影響,盡可能減少對這一系列建筑及設施的損壞性影響。(4)隨著競爭機制的增加,業主對造價、工程進度、工程質量的要求也越來越高,相應增加了施工難度。2.1降低地下水引起的環境效應

降低地下水位引起的環境效應表現為:(1)降低地下水位引起的地面沉降;(2)地下水滲透破壞引起的基坑坍塌;(3)基坑突涌導致的基土開裂。

在基坑開挖過程中,通常采用井點降水來達到降低水位、固結土體、穩定邊坡和便于開挖的目的。同時,基坑降水,由于水位降落而引起地面沉降,相應形成以水位漏斗為中心的地面沉降變形區,導致次范圍內的建筑、道路、管網等設施因不均勻沉降而發生斷裂、傾斜,影響其正常使用和安全。

降低地下水位引起的環境變化機理為:(1)水位降低減少了土中地下水對地上建筑物的浮托軟弱土層受到壓縮而沉降;(2)使孔隙水從土中排出。土體固結變形,本身就是壓縮沉降過程,降水過程中,常會隨著抽出的水流帶走土層中部分細微土粒,引起周圍地面沉降。地面沉降與地下水位降落是對應的,地下水位降落的曲面分布必然引起鄰近建筑物的不均勻沉降。當地面沉降達到一定程度時,建筑物就會發生開裂、傾斜甚至倒塌現象;(3)基坑開挖時,基坑內、周邊地下水位存在一定的水頭差,在動水壓力作用下,基坑土會發生流(土)失、潛蝕現象,導致土體結構松動和破壞,引起基坑坍塌。(4)當基坑內、外水位差較大,或基坑下部有承壓水存在,基坑使原有土壓力減少到一定程度時,承壓水的水頭壓力大于基坑底土體浮重力,形成管涌、側涌現象,造成基土開裂。2.2支護結構發生變形和位移引起的環境效應

支護結構發生變形和位移引起的環境效應表現為:(1)支護結構本身破壞而導致邊坡失穩;(2)支護結構整體破壞而導致基坑隆起;(3)支護結構發生變形和位移而引起鄰近建筑設施破壞。

支護結構發生變形和位移引起的環境效應的機理為:(1)基坑地基土卸載改變坑底原始應力狀態,在基坑開挖時,土體中自重壓力減小,土體的彈性效應使基坑底面產生一定的回彈變形(隆起),坑底表現為彈性隆起,其特征為坑底中部隆起最高,彈性隆起在基坑開挖停止后很快就停止,基本不會引起坑外土體向坑內移動;隨著開挖深度的增大,坑內外高差所形成的加載和地面各種超載的作用使圍護墻外側土體向坑內移動,使坑底產生向上的塑性變形,其特征為兩邊大中間小的隆起狀態;(2)在基坑周圍產生較大的塑性區,并引起地面沉降;(3)基坑底面暴露時間過長,使基坑積水,一方面,使得粘性土的流變性,將增大墻體被動壓力區的土體位移和墻外土體向坑內的位移,從而增加地表的沉降。(4)支撐物受破壞或錨桿體系抗拔力不足,拉桿自身斷裂或拉桿及錨座的連接不牢等引起支護結構體系承載能力喪失支護結構嵌入深度不足引起基坑隆起,并使地基強度降低或喪失。3

基坑工程中的環境保護

對于基坑周圍環境的保護,人們積累了許多的保護經驗,如選用剛度大的圍護結構、進行基坑內外的地基加固以提高土體的抗變形能力、對基坑近旁的建筑物和構筑物進行地基加固或地基處理、在基坑與建筑物間設置隔斷樁或隔斷墻以及注漿保護、通過少量注漿影響變形傳播的途徑等措施;盡管保護方法千差萬別,但其作用的機理不外乎是減少基坑開挖的影響、提高圍護環境的抗變形能力、切斷影響途徑等3種。3.1基坑工程中的環境保護

時空效應法是為解決深基坑整體穩定和坑周地層位移控制問題、參考新奧法隧道施工中的時空效應理論和大量軟土基坑實踐而提出的一種計算和控制基坑結構變形及周圍地層位移的方法。通過大量的軟土基坑實踐,人們已經意識到:在基坑施工過程中,每個開挖步驟的開挖空間幾何尺寸、圍護墻無支撐暴露面積和時間等施工參數對基坑變形具有明顯的相關性。考慮時空效應的施工步驟的主要特點是:根據基坑規模、幾何尺寸、圍護墻體及支撐結構體系的布置、基坑地基加固和施工條件,按照“分層、分塊、對稱、平衡、限時”的原則確定施工方案。時空效應法強調設計與施工密切配合,一改以往設計工況與施工工況不符的現狀,實踐證明,科學地制定考慮時空效應的開挖和支撐的施工設計方案,能可靠、合理地利用土體本身在開挖過程中控制位移的潛力,達到控制坑周地層位移以及保護環境的目的。從而改變目前基坑中為控制坑周地層位移而不合理地采用昂貴的地基加固做法。于

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地爬從工程睜實用性庫和可靠閣性出于發課,埋在基坑木支護結覺構扒(紋擋墻、楊支撐及軍擋墻被否動區加哈固土匯體扇)狗的內力資及變形飾計算鼠中退,惑采用彈為性計算悲法所用胃的較簡仰單的力爬學模型算和設計嗚參數項合目撈,奶但對其愧中反映穴基坑變闖形總體倚效應的伍最主要名的綜合季參責數般——駁—英基坑擋輛墻被動償區的水帆平抗力奔系腥數兇,異按一定庸的地質捕和施工必條躺件峽,鼠做出經塑驗性的捷修正。多此綜合毛參數是傻土的力濤學性指緣標和每放一步基亡坑挖土醉的空間事尺寸及框暴露時侄間的函回數獻,亞其數值運是根據信在一定瑞施工條少件下基陷坑開挖槽中所測顯出的基酒坑變形媽數坐據熱,立經反分盞析而得惡出的控打制標準交及設計掘外荷等盈依據的超同馬時改,荷合理地傅選定施趴工程序廁及施工上參消數諷,喘以完善祖設計依伍據并提息供實施詞設計的際保豈證負,劣從而有旬效地解拴決流變讀性地層輛中深大胃基坑的倘控制變瞇形設計亞不符合那實際的沫問題。祖

斬

輔飯根據基求坑工程估設計所伸選定的登主要施圾工參紛數興,巴按基坑紫規模、烘幾何尺者寸、支季撐形式返、開挖綢深度和賤地基加固固條數件冷,判提出詳悟細的可帥操作的勺開挖和辰支撐的體施工程賀序及施乓工參數秧。開挖饅和支撐恭的施工原工序基鹽本是權按剩“猜分層、剃分步、裁對稱、蝶平仗衡叛”鏡的原則夏而制定厘的睡,悔最主要孫的施工接參數是瞇分層開投挖的層求數。每牽層開挖淹深度以糾及基坑界擋墻被獄動區土大體在基替坑中間巨部分地抓層先開漫挖的工燭程中保泛留成支蔥撐擋墻帝的土朗堤忍,跡此土堤認斷面尺薯寸按其避能抵住您擋墻的猾要求而離定劑,繩亦為主爺要設計號參斯數妥;趴嚴格按重選定的鋤施工程滔序和施唯工參數主施秀工蛾,兼就使復碰雜多變盛的施工饒因素變秒為較明森確而有豬規律性蠟的施工旋因緒素襖,兼其引發管的時空陵效應也充能較好獄地符合寺設計預慧期的要頑求。挑

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級肆在長方健形基坑穴中飼,出基坑開店挖和支梳撐的施燥工技術雞要點千是槍,勾按一定竹長度分排段開挖鐘和澆筑疏結督構梳,刷在每段婦開挖中渠再分層犧。每層漢分小段芒開挖和某支狡撐逮,默隨挖隨真撐嘆,趙施加預演應錄力蝕,附每小段驕的開挖制和支撐齒的施工射時間限宣制在一伯定限值筐之內。鴉在不規薯則的基宴坑施工潤中蛾,俱采用分亂層盆式陶開挖膀法花,乳在每一步層開挖悠中間部傳分并安閉裝或澆是注此范漸圍的支廊撐精,踩而后將帽各根支期撐兩端磨支承擋魔墻的土距堤止,張分步、添對稱拆疤除并即蛛時安裝蠟或澆注銹其間頂挎住擋墻磚的部分越支撐。沃每個分黨步的開設挖和支圍撐施工菜時膏間貧,楚根據支肅撐方式漆等具體過情誘況錢,陸給定明舅確的控則制值。帶

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賭強在運用硬基坑開傍挖中的形時空效謊應規律太時摧,磨基坑結命構特性恨參數、隆地基哈土開(訂包括加刻固土鳴體療)礎特性參葡數及施經工工藝暈參數都和是相互固影響并臭共同對石控制變疫形發揮咽作用的籮基本要糾素允,去它們都攤是控制碑基坑變活形的設壽計依知據榆,應控制變白形的設褲計要素棍。米3.畝2衰基坑降嗽水跌

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章志為減少蘿井點降借水對周閣圍衰建立(冶構劈)線筑造成憑的影響林和危屬害扇,或通常采慈取下列拴措谷施田:(1技)源采用全賀封閉形森的擋土英墻或其剩它的密刷封措微施合,趨如地下脾連續墻幫、鎖口菊鋼板樁清、灌注擠樁、旋巴噴樁、熔水泥土愉攪拌樁姻等嚼,脈將井點未設置在佩坑灣內拌,糞井管深守度不超婚過擋土在墻的深宇度梁,顏僅將坑鵝內水位廣降宣低筋,量而坑外任的水位爛將維持朵在原來姿的水早位行;(2涌)銷根據工屠程實際紀情差況唉,踐適當地煉調整井羞點管的泥埋置深帥度印;寄一般情犁況些下凳,禁井點管激的埋設縮深度應少該使基枝坑內的孟降水曲胸面在坑設底煌下返0.丹5塘～牽1.哪0膝ｍ軋;罷如在沒集有密封代形擋土池墻的情肝況菊下肌,晨基坑降舟水不僅差使坑內旬水位下致降寸,嘉也使坑銹外水位礙下降。酒如果在拿降水影義響區范列圍內有斃建慚(戴構梁)鐮筑物、廳管線等煤需要保梢護驅時艘,文可在確焦保基坑巾不發生叮流砂和口地下水繞不從坑獲壁滲入下的條件趕下跨,刑適當地覺提高井椅點管設坦計標旨高射;(3投)晶井點降稼水區域固隨著降舒水時間庭的延張長薄,傳向外、乘向下擴質張懇,講若在兩富排井點栽的當完中呆,蔬基坑很褲快形成壟降水曲均面志,啄坑外降堤水曲面報擴張較顯慢。因嚇此表,記當井點寄設置較鳴深岸時視,羊隨著降碎水時間殘的延霜長險,慕可以適糧當地控自制抽水劫量和抽附吸設備甜真空度抬。當水銷位觀察貴井的水籠位達到農設計控嚴制值災時當,域調整設破備使抽銷水量和四抽吸真住空度降播低截,章達到控憐制坑外殃降水曲階面的目威的拉;(4晚)胃采用井誰點降水架與回灌緒相結合瘋的技津術叢,養在井點漫降水管木井與需縱要保護額的建筑符、管線列間設置扶回灌井結點、回森灌砂井雞或回灌扯砂掠溝甘,糧持續不魂斷地用屆清潔水芹沖敘洗仙,億(詢以免土半體發生吧孔隙堵筆塞堆,父降低土熊地滲透據性能而飯影響回贈灌效洲果盆)普回悼灌鋼,涌形成一狹道水拜幕蕩,土以減少淘沉溫降振;(5革)北井點應乞連續運寇轉詢,國盡量避曾免間隙盜和反復戶抽父水賺,島因為每陜次降水堆都會產御生沉柿降眾,劃增加反踢復抽水飼地次虜數彈,完使總的械沉降量循積累到現相當可形觀的程告度躺。絡(6夸)遮為減少械坑內井煉點降辣水春,尖減少降抄水曲面田向外擴畜張冤,披防止鄰良近建筑踐物基礎養下地基鹽土因水賭位下降酬、水土替流失而蕩產生的弓沉夾降球,總在井點處降水乳前貿,剛在需要毅控制沉追降的建三筑物基俘礎周示邊到,裙布置注挪漿屢孔勞,誦控制注校漿壓力誓。鄉3.辨3尖控制基偵坑變形抽的措施錄

描

飛恢在基坑嘉工程設蚊計跌時納,慎應考慮話有關的并影響因懶素風:(1艘)順設計苦時騾,頁應根據答環境要亞求選擇吩基坑位繪移的控漏制等難級使;(2斬)盒基坑的檢最大的墨水平位扁移銹值幕,村與基坑譽開挖深叉度、地揪質條件布及支護織結構類釣型等有居關夕,叛在基坑績支護結開構體系維的設計趴滿足要腐求腿時據,穴支護結父構水平傍位移最理大值與份基坑底幼土層的政隆起抗繭力系數白存在一燕定的統畝計關扎系鵝;(3灣)請圍護體城系的平趣面形狀柱與變形避有一定攤的關燈系春,贏從受力震分析可重知沉,物圓形、工弧形、狐拱形比趨直線形碼要航好惜;敘工程實晴踐經驗遠表困明銷,菜在最不催利的轉跪角位置影、墻后脈地面和錄墻面容押易出現榨裂遲縫廉,維因治此爛,街圍護樁結體系的涼平面形設狀不一濾定非得釘與底板撲形狀一罰致搏。萬(4拔)油實踐表晌明飽,桌圍護樁蜜根部插民入較好猜土層降中搏,趴其圍護庫體系的穿變形保小征,柜穩定性助好。會

艷

沉薪基坑施爪工貼時兔,榜應考慮出相關因鑼素影弊響鹽:(1珠)驅基坑圍薪護體系司規離律犁,萬其變形捏可以分金為兩個蒼階掌段旁,饒一是開諒挖到設鐵計標高抹時的變慣形波,接二是到格底板結信束時的瑞位移。庭而第二娘階段的搜變形與魂基坑暴乳露時間棵有彈關朽,壁暴露時筆間越漆長烏,恥風險性佳越大服。私(2趁)繞基坑工反程的受訓力特點積是大面培積卸連載允,禽坑周圍姐和坑底肚應力場吃從原始父條件逐令漸降低貸。基坑鵲暴露射后當,理及時鋪鳴設混凝垂土墊層淚對保護島坑底土欠體不受捧施工擾攀動、土聚體應力少松弛具晨有重要松作冊用蜂;(3耐)喊基坑周劍邊超羊載拴,圾增加墻顫后土體階壓力及貝滑動力軌矩何,悟降低圍溫護體系玻的安全老度慈;(4燭)涼由于大服量卸能荷聽,塌坑周圍為應力場刪變淋化鉤,杠地面或鉆多或少稠會產生飲許多裂如紋號,叨降雨或頭施工用桃水進入會土體會鞭降低土團體的強俗度及,街并增加膊土壓力址。趴

蹤

蒸翁施工中緒設法減憑少土體躍中有效約應力的眾變暢化辦,途提高土瓦的抗剪浸強度和襖剛濫度峰,灶為此必竄須祝:(1艘)俱在基坑允周開挖嚴過程中旺和開挖宮后艙,托應保證籮井點降灣水的正層常進鑄行諸;(2膊)弟盡量減扶少基坑匙坑底的宵暴露時壇間諒,董盡快澆州筑墊層深和底板謊混凝艇土啟;(3津)靜必要綿時丙,很在開挖昆前對坑愚底土體柱進行局鉗部加固騎處理。戶4去

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通倍基坑工植程不確肢定的因雁素主要移表現在氏以下幾句個方糧面仆:(1部)竟巖土性悄質、工肥程地質扒和水文襲地質條切件勘察羨所得到千的數據奏離散性兵大苗,始且往往允難以代陽表土層遭的總體眼情點況哈,障勘察報夢告所提左供的場脊地地質遲資料有壽限騰;(2遍)懶基坑周鬼圍條件秩復呢雜查,發鄰近建轟筑物、虧構筑物篩、道路息和地下亡管網設養施等都愁嚴重干陵擾基坑甚的施窮工佛;(3險)錦設計計怨算中土艦體側壓乖力的計完算和支抬護結構泥簡化計姥算的模久型與工服程實際閱可能不費一冶致鄭;(4破)橋連續降野雨或暴床雨對基尾坑的開襲挖具有剩極大的扯影蜜響掏,素雨水的遠沖刷、少浸泡、罪地下水見滲透等榜往往使由邊坡失第穩興;(5檔)鐵基坑工咬程施工限過程職中朝,蔽不可避勸免會遇妥到一些抬人為的沉超支、控超挖、所支撐不湖及時和分排水不爐暢顆等辱,澆將對基個坑產生茫不良影奪響看;(6耀)烏土質參尺數的選可擇。眾助所周是知番,喪土的物絹理性質蘋參數是裹隨著其孕條件及挪存在環壤境改變逃而改變社的剩;駁土質參年數是設趟計者在睜勘察資漂料所提竟供的眾息多數據這中憑經凍驗選擇些的墓,秀其準確績性難以倉檢動驗票;(7戶)螞圍護結遮構的內擦力計算夏。支撐聲力是通址過開挖抄最終的瓦系統靜花力系統刷確定大的加,勢但是側逮土壓力葵和支撐隔力在開究挖過程引中是不捉斷變化渴的神,畏樁體的擦內力也仇隨之改容變皆,接因而設午計沒有例考慮變塞形相容禍和位移旗協調關蒼系。塔5謊墳實例賽5.1債

懸工程地雞質及支憶護方案卷的選擇綢

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某愧由于基落底所處疾的多為摸淤泥質賣粉質粘并土董層告,款隧道結蹲構大部覽分也坐睜落在該垃土層刷中求,鉆該土層蛾工程性肥質表現付為高壓蘋縮性、鉛高含水朗量、高撥靈敏度盯、低強如度等特讀性記,宋局部有田輕微震抓動液化余土陣層塌,弱部分土顆體為流姨塑狀見態碗,辦土體穩育定性差錫、地下熱水豐富堡。基坑雅開挖前紗進行必構要的基乏坑土體繞加抄固狂,場對基坑制外工7.延5考ｍ頸,林基坑內通地下水您位降至單基底以桐下悅3道ｍ桂,棚用真空敬管井降仇水法提供前繳2薦0罪ｄ左右下降水加禍固土體白。基坑怎開挖與猛支撐施弦工要點宰是榨:愿“扒沿縱向萍按限定蔬長度的聚開挖段蜓逐段開鳳挖鏡;糧在每個介開挖段群中分層大、分小榜段開鑒挖答,牲隨挖隨供撐勁,盯按規定榮施加支芽撐預應兵力發,財做好基似坑排污水算,視減少基膨坑暴露訂時舟間襪”述。在基原坑開挖破中抓,軋沿縱向屯的分段軌坑底長魯度殲Ｌ萬≤尿2骨4醫ｍ筆,巧而在每鮮開挖段負每開挖古層祝中慈,代又分虧成脈8狠ｍ長一燦小提段澡,文挖好一艙小宋段燃,導即直接灑在圍護尖結構的倡規定位懶置喘撐辮2給根支撐酷。開挖級某一苗層藥(鹿約揭2.刻5開～吊3.還5眉ｍ唱厚靠)吧的小票段銳(囑約逝8變ｍ壽長準)蔬的土礦方偉,械要斷在古1毀6何ｈ內完綿成附,嘩即要求矮在匹8景ｈ內安頓設煌2靠根支撐央并施加殿預應力選。開挖沫到基敲底廟,葵經檢查鞠處理盤后徹,衫應及時券進行封爸底墊層泛及其后悶續工序睬施工。夏施工中符要做好蛛基坑上克下的排學水懲,能一是防腹止地表限侵入支且護結構漿周圍的范土夢體堆,亭二是確矛保基坑扶底部排事水通楚暢絹,且防止底芹部積水袍浸泡樁光根土體肢。帶5.賺2守支撐及疊土方施包工流程汽

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