地铁深基坑施工对邻近建筑物影响分析

地铁车站往往地处城市繁华区域，周边建筑群

林立，地下管线复杂。而且地铁车站基坑往往深度较

大，施工过程中不可避免地会对周边地层产生较大

的扰动，极易使邻近建构筑物和地下管线出现不均

匀沉降，造成建筑物开裂、管线破裂等施工灾害，严

重时甚至威胁居民人身安全［１－４］。

本文以天津某地铁车站为背景，借助ＦＬＡＣ３Ｄ

数值仿真软件模拟深基坑施工过程，并结合现场监

测数据，探究地铁深基坑施工对邻近既有建筑物及

管线的影响。

1工程概况

本文依托天津某地铁车站工程，车站为地下两

层岛式车站，站台宽度１２ｍ，主体结构长度约

２４７．５５ｍ，结构宽度为２０．７￣２５．５ｍ，主体标准段基

坑深度约１７．２ｍ，最深处基坑深度约为１８．６ｍ，车

站顶板覆土厚度约３￣３．５ｍ。车站施工采用盖挖逆

做法，施工过程中顶板及中板起到内支撑的作用。围

护结构采用地下连续墙配合内支撑，地下连续墙深

３２ｍ，厚度０．８ｍ的Ｃ３５混凝土；坑内支撑共设置两

道，第一道为埋深１ｍ，φ６０９×１６ｍｍ的钢支撑；第

二道为埋深１１ｍ，１１００ｍｍ×１１００ｍｍ的混凝土

支撑；同时基坑底设置两排直径８００ｍｍ，壁厚

３０ｍｍ的钢管混凝土柱基础，兼做抗拔桩。详细的围

护结构示意图见图１。

车站周边建筑物众多，但全部按照实际情况建

模工作量巨大，因此仅选取与地铁车站相对距离较

短且高度较大的建筑物，分别编号为建筑物Ａ和建筑物Ｂ。建筑物Ａ位于车站北侧，是一幢３０层高的

商业写字楼，与深基坑边缘最近距离为１７ｍ；建筑

物Ｂ为一幢２０层高的酒店，与深基坑边缘最近距

离为２０ｍ。管线则选取距离深基坑最近的两条管

线，编号为管线Ｃ和管线Ｄ，其具体位置分别为距离

基坑边缘３ｍ、埋深６ｍ，以及距离基坑边缘５ｍ、埋

深３ｍ位置处。

图1基坑及围护结构示意图

2数值模型

2.1几何模型

基于以上工程概况，建立如图２所示的ＦＬＡＣ

３Ｄ数值计算模型。模型尺寸为１２０ｍ×１５５ｍ×３５ｍ，

针对于建筑物、管线及围护结构需要做以下几点说明：

ａ）建筑物基础形式为桩筏基础，筏板采用线弹

性模型的实体单元模拟，筏板下桩采用结构单元中

的桩单元模拟，如图３所示为建筑物及其桩筏基础

的模型示意图。

ｂ）建筑物用等效刚度的长方体表征，除单元体

本身密度充当一部分建筑物荷载外，其余荷载按照

每层１５ｋＮ／ｍ２计算，通过施加应力的方式作用于建

筑物上表面。地铁深基坑施工对邻近建筑物影响分析

摘要：地铁深基坑施工不可避免地会对邻近建筑物及管线产生影响，基于ＦＬＡＣ３Ｄ数值

分析软件，并对比现场实测数据，探究了地铁深基坑施工对邻近建筑物的影响。结果表明，深基

坑施工会使邻近建筑物与周围地表产生差异沉降，进而产生地表裂缝；同时会引起建筑物不均

匀沉降，严重影响建筑物的安全使用。关键词：地铁车站；深基坑；邻近建筑物；地下管线

中图分类号：U412.222：U231.3文献标识码：A文章编号：1006-3528（2019）02-0011-04李鹏宇

（山西省公路局大同分局，山西大同０３７０００）

山西交通科技山。交通科技

收稿日期：2018－09－18；修回日期：2019－01－03作者简介：李鹏宇（１９７２—），男，山西应县人，工程师，２０１０年毕业于北京交通大学土木工程专业

。第2期(总第257期)山西交通科技No．22019年4月SHANXISCIENCE＆TECHNOLOGYofCOMMUNICATIONSApr.山西交通科技2019年第2期

ｃ）围护结构中地下连续墙采用线弹性模型的实

体单元模拟，内支撑、冠梁等采用结构单元中的梁单

元模拟，抗拔桩采用桩单元模拟。

ｄ）管线Ｃ为自来水管道，其直径为１．０ｍ，厚度

２００ｍｍ，刚度参数为Ｑ２３５钢参数；管线Ｄ为天然

气管道，直径１．５ｍ，厚度为４００ｍｍ，刚度参数为

Ｑ２３５钢参数。由于地下管线的尺寸与整体模型的尺

寸相差较大，对其精准建模工作量大且难以实现，为

了建模简便，管线横断面用等效的正方形表示，管壁

采用壳单元模拟，其与基坑位置关系见图２。

图2数值模型示意图

图3建筑物A及其基础示意图2.2数值参数

该车站影响范围内地层主要为第四系全新统人

工填土层、坑、沟底新近淤积层、第四系全新统新近

冲积层、第四系全新统中组海相沉积层。岩性主要为表1岩土体材料参数表

淤泥、黏性土、粉土、局部夹粉砂。总体上，场地内土

质较稳定，属稳定场地，适宜地铁工程建设。但上部地层工程地质条件总体上较差，特别是粉土层在地

震力作用下会发生液化，失去强度，导墙、地连墙成

槽等施工时容易出现坍塌，施工时需特别注意。根据

工程地质勘查报告，总结土体及材料参数于表１中。

2.3模拟过程

本文所分析的问题为考虑深基坑开挖对邻近建

筑物影响，模拟过程主要分两步进行，一是得到深基

坑施工前，建筑物和管线稳定后的应力场；二是模拟

整个深基坑的施工过程，具体过程如下：

ａ）建立自然土体模型，平衡地应力。

ｂ）添加建筑物Ａ、Ｂ及管线Ｃ、Ｄ，计算至平衡。

ｃ）清零位移场和速度场，施工地下连续墙和抗

拔桩。

ｄ）基坑施工，按照先撑后挖的原则，共分成５个

步骤。

（ａ）加第一道钢支撑，开挖２ｍ，计算至平衡；

（ｂ）开挖５ｍ，施工顶板，计算至平衡；

（ｃ）开挖４ｍ，施工中板，计算至平衡；

（ｄ）开挖３ｍ，加第二道混凝土支撑，计算至平衡；

（ｅ）开挖３ｍ，施工底板，计算至平衡。

3结果分析

该工程的监测数据主要是围绕基坑支护结构及

周边沉降进行，对建筑物的变形监测相对较少。如图

４所示为基坑边缘某断面沉降槽模拟数据与实测数

据的对比曲线。可以看出，相较实测数据而言，模拟

数据的沉降槽宽度更大，且沉降槽最低点相距基坑

更远［５－７］。但观察整体走势而言，二者较为统一，且误

差相对较小。图５为相同断面的地连墙挠曲监测数

据与模拟数据的对比曲线，可以看出二者走势一致，

差别主要在最大挠曲点的出现位置和峰值不同。因

此，可以认为本文的数值模拟结果可以在一定程度

上反映实际工程，基于此，进一步开展深基坑施工对

邻近既有建筑物及管线的影响研究。

图4实测数据与模拟数据沉降槽对比曲线岩土名称

深度范围

m黏聚力kPa摩擦角（°）弹性模量MPa泊松比

粉质黏土1-10～7101160.38粉质黏土3-17～13518100.37粉质黏土3-213～151520120.35粉砂415～171817140.32粉质黏土717～212119140.35粉质黏土8-121～252218230.35砂质粉土925～272319350.30砂质粉土10-127～312022230.35粉砂10-231～351035300.32·12·2019年第2期

图5实测数据与模拟数据地连墙侧移对比曲线如图６所示为基于数值模拟的结果，对比是否

下穿建筑物的沉降槽曲线。可以看出建筑物的存在

对沉降槽形式产生了较大影响，建筑物边缘沉降相

对自然地表沉降更大，而建筑物本身由于其刚度较

大及桩筏基础的存在沉降相对较小，这就造成了建

筑物相对周边地表的差异沉降，最大差异值约２ｍｍ

左右，差异沉降的存在极易使建筑物周边的地表产

生裂缝。

图6是否下穿建筑物沉降槽对比曲线如图７所示为建筑物自基坑边缘一侧至另一侧

中间断面的沉降曲线，可以看出由远离基坑一侧到

靠近基坑一侧，建筑物Ａ的沉降逐渐增大，表明深

基坑开挖使建筑物产生了较为明显的不均匀沉降。

如图８所示为建筑物Ａ和建筑物Ｂ不同施工步的

倾斜值曲线，可以看出随着开挖深度的增大，建筑物

的倾斜值逐渐增大，但是均小于规范控制标准

０．００２，表明深基坑开挖虽然对建筑物产生了一定的影响，但仍在可控制范围内。

图8不同施工步建筑物A、B的倾斜值曲线如图９所示为管线Ｃ、Ｄ的位移图，其中管线Ｃ

整体位移向下，不均匀沉降差值约５ｍｍ；管线Ｄ整

体位移向下，不均匀变形差值约５ｍｍ。相对而言，管

线的水平向位移则大得多，如图１０所示，管线Ｃ、Ｄ

水平方向的偏移量均为厘米级别，但其自身形变却

仍保持在毫米级别。进一步提取其应力值可以发现，

管线的主应力最大值为４３６ｋＰａ，平均值仅为

２００ｋＰａ左右，远小于管线所能承受的最大应力。究

其原因，主要是因为管线体量相对较小，其位移变形

主要取决于土体的位移，当土体变形相对均匀时，即

使管线距离基坑较近，整体位移值较大，但由于其自

身变形较小，并不会对管线造成太大影响。

图9管线沉降曲线

图10管线水平位移曲线

4结论

本文基于ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟，并对比现场监测李鹏宇：地铁深基坑施工对邻近建筑物影响分析

图7建筑物A

沉降曲线·13·山西交通科技2019年第2期

TheInfluenceAnalysisofSubwayDeepFoundationPit

ConstructionontheAdjacentBuildings

LIPeng-yu

(DatongBranchofShanxiProvincialHighwayBureau,Datong,Shanxi037000,China)

Abstract:ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＦＬＡＣ３Ｄｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｎ－ｓｉｔｅｍｅａｓｕｒｅｄ

ｄａｔａ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｕｂｗａｙｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅａｄｊａｃｅｎｔｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．Ｔｈｅ

ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗｏｕｌｄｃａｕｓｅｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ

ａｄｊａｃｅｎｔｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ，ａｎｄｔｈｅｎｐｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｃｒａｃｋｓ；ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｗｏｕｌｄ

ａｌｓｏｃａｕｓｅｔｈｅｕｎｅｖｅｎｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄｓｅｒｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｓａｆｅｕｓｅｏｆｔｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇ．

Keywords:ｓｕｂｗａｙｓｔａｔｉｏｎ；ｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ；ａｄｊａｃｅｎｔｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅ数据，探究了地铁深基坑开挖对邻近建筑物、管线的

影响，主要得到以下结论：

ａ）深基坑施工易使邻近建筑物与周边地面产生

差异沉降，从而产生地表裂缝等危害。

ｂ）深基坑施工会造成建筑物的不均匀沉降，易

使建筑物自身产生裂缝，严重时还会有倾覆风险。

ｃ）深基坑施工对邻近管线的影响主要取决于管

线周围土体的位移变化，当整体位移相对均匀时，即

使管线整体位移较大，但其自身形变很小，管线受力

尚处于安全范围内。

参考文献：

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