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基于时空效应的深基坑开挖对周边建筑物沉降的监测分析摘要：基于时空效应原理分析了某深基坑开挖期间周边建筑物的实时沉降监测数据的变化趋势。
分析结果表明：基坑开挖深度和无支撑暴露的时间都对周边建筑物沉降产生显著影响，其中基坑开挖至2/3~3/4设计深度时是基坑最危险的工况，对建筑物沉降影响最为显著。
关键词：时空效应；深基坑；建筑物沉降；监测由于城市建设用地的局限性，周边环境的严峻性以及深基坑在开挖过程中所涉及场地地质条件的复杂性和不确定性，深基坑工程是一项极具危险性、挑战性和高难的岩土工程课题。
本文结合中原地区某大型深基坑工程，对监测数据进行分析，以确定基坑开挖对周围建筑物的影响。
1 工程概况基坑场地自然地面的标高为-0.5m，土层以粉土和粉质粘土为主。
北部承台底标高为-13.8～-14.8m，南部承台底标高-16.3～16.4m,局部承台底标高为-17.6m。
基坑开挖深度（至承台垫层底）北部及中部为-13.4m～-14.4m，南部为-16.0m，局部电梯井部位开挖达-17.2m。
基坑平面不规则，基底面积约为7110m2。
2 基坑支护形式根据基坑特点，将基坑周边划分为七个支护剖面，具体见基坑平面布置图1，每个支护剖面采用不同的支护形式。
①、基坑北侧、西侧偏北临医院环道（图A中1-1剖面），周围没有建筑物，开挖深度以13.4m为主，采用复合土钉墙（土钉+土层锚杆+微型桩）对其进行支护，共设置7排土钉和2排预应力锚索。
②、2-2，4-4剖面采用支护桩、锚索和土钉联合支护结构，采用四道锚索，锚索中间加土钉；③、3-3、5-5、6-6剖面采用支护桩、锚索和土钉联合支护结构，采用五道锚索，在锚索中间加五道土钉；④、7-7剖面采用支护桩、锚索和土钉联合支护结构，采用六道锚索，在锚索中间加五道土钉；⑤、西南角临3层传染楼的阳角处设置角支撑，角支撑标高同桩锚支护结构的冠梁标高。
第一作者简介：王海明（1973-），男，河南人，河南省建筑科学研究院研究二所副所长，主要从事建筑工程地基基础检测，深基坑检测及其他建筑检测鉴定工作。
基坑工程时空效应理论简述High quality manuscripts are welcome to download基坑时空效应简述基坑工程时空效应理论是指在基坑工程施工中科学地利用土地自身的控制地层位移的潜力，以解决软土深基坑稳定和变形问题的一整套设计、计算方法和施工工艺。
包括两方面：一是根据基坑工程设计所选定的主要施工参数（即基坑规模、邻近环境要求、几何尺寸、支撑形式、幵挖方式和地基条件等），通过时空效应理论的分析计算，设计出详细的可操作的幵挖与支撑的程序及施工参数，一般按分层、分步、对称、平衡的原则幵挖与支撑，其中最主要的施工参数是分层幵挖的层数、每层幵挖深度，以及每层幵挖中基坑挡墙被动区土体幵挖后、挡墙未支撑前的暴露时间和暴露的宽度及高度；二是根据已设计好的或正在施工的施工参数、施工工况，基坑工程时空效应理论提出了计算基坑支护系统的内力、变形以及对周围环境的影响的新方法（包括平面和空间三维有限元计算方法）多分析土压力随时间、工况等的取值方法及其规律，从软土流变性等理论基础上研究基坑周围位移及对邻近建筑物和地下管线等的影响的计算方法并提出了应用时空效应原则控制基坑变形的设计方法和施工工艺：分段、分层、随挖随撑、按规定时限施加预应力，作好基坑排水，减少基坑暴露时间，地铁车站深基坑施工技术要点（即21条）等等深基坑施工技术要点也是从此产生。
基坑工程时空效应理论预测的支护结构的内力和变形以及邻近建筑物及地下管线等的位移的准确度可达80%以上，误差很小。
应用时空效应理论能有效地控制基坑变形，保护周围建筑物、地下管线、邻近隧道等的安全，在深基坑施工中已获得广泛地应用，发挥了重要的作用。
基坑工程时空效应理论及施工工艺适用于并已在合种类型的基坑工程中获得广泛的应用，在软土地区应用效果尤为显着。
在需要时配以必要的地基加固，可以收到事半功倍的效果，其原理也可推广至桩基等整个岩土工程中。
基坑工程时空效应理论及施工工艺已编入国家基坑工程行业规范、上海地区基坑工程规范、《基坑工程手册》、“21条”等，秦四清等在《深基坑工程优化设计》一书中评价时空效应是软土工程中的一次类似于岩石隧道中新奥法的革命。
时空效应规律在软土深基坑工程上的应用一、引言:由于土体的各向异性、土工试验的技术局限性和施工因素的复杂性，在基坑施工中各工况下的不断变化的流变参数难以测准，而支护墙体的内力和位移也就难以预测。
目前国内外对此问题尚缺少解决的理论和方法。
因此在软土地区的建筑物和市政公用设施密集的地区，要按控制土体位移保护环境的要求，进行深基坑设计和施工，就带有风险性。
为求得工程安全和环境安全，在国内外一些靠近重要建筑设施的软土深基坑中，于基坑内部进行大量的地基加固以改善土壤性质(如新加坡、台北等工程实例)。
从国内软土地区，特别是上海地区近十年来在深基坑的施工实践和试验研究成果中，可以认识到:在深基坑开挖及支撑过程中，每个分步开挖的空间几何尺寸和支护墙体开挖部分的无支撑暴露时间，与周围墙体和土体位移有一定的相关性。
这里反映出基坑开挖中时空效应的规律性。
实践证明:运用时空效应规律， 能可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的潜力而达到保护环境的目的，这是一条安全而经济的技术途径，这已为上海近两年来完工的五个深基坑工程实践所验证。
二、考虑时空效应的基坑工程设计及施工的技术要点:1、首先合理选定基坑开挖及支撑的施工工序和施工参数。
基坑开挖和支撑施工是决定基坑工程成败优劣的关键工序。
为在基坑开挖中减少土体扰动范围，保持基坑稳定，并使地层位移和差异位移符合预测值，合理选定基坑开挖及支撑的施工工序和施工参数是决定性因素。
开挖和支撑的施工工序基本是按分层、分部、对称、平衡的原则而制定的，最主要的施工参数是每层开挖中挡墙被动区土体挖除后，挡墙未支撑前的自由暴露时间和暴露的宽度和深度。
在大面积不规则形状的高层建筑深基坑中，挡墙被动区土体往往在开挖中被保留成为土堤状，此土堤断面尺寸亦按其能抵住挡墙的要求而定，亦为主要参数。
2、基坑设计中， 预测考虑土体流变性的围护墙体位移和相应的地层位移，并采取措施使之符合保护环境的要求。
隧道围岩变形时空效应的三个阶段隧道围岩变形时空效应是指随着时间推移，隧道围岩逐渐发生变
形并与周围环境产生相互作用的过程。
这个过程可以分为三个阶段：
开挖阶段、运营阶段和退化阶段。
首先，开挖阶段是指隧道施工过程中的变形阶段。
隧道开挖时，
围岩受到了开挖工艺和施工方法的影响，因此会产生一定的变形。
这
些变形包括地表沉降、地裂缝的形成、岩层开裂等。
在这个阶段，围
岩将逐渐适应开挖引起的应力变化，产生弹性和塑性变形。
此外，施
工过程中的振动、噪音和沉降等影响也会引起围岩的变形。
其次，运营阶段是指隧道正常使用期间的变形阶段。
在隧道运营
期间，由于交通负荷和地下水位等因素的变化，围岩会逐渐发生变形。
这些变形包括表面下沉、支护结构的变形、水压力的影响等。
此时，
隧道的变形与周围环境相互作用，可能导致围岩的塌陷、支护结构的
破坏等安全问题。
因此，在运营阶段需要通过定期巡检和监测来及时
发现并采取适当的治理措施。
最后，退化阶段是指隧道使用寿命结束后的变形阶段。
随着时间
的推移，围岩会因为老化和破坏而产生进一步的变形。
这些变形可能
会导致隧道结构的失稳和崩塌，对周围环境造成严重的影响。
在这个
阶段，需要进行全面的检修和维护，以延长隧道的使用寿命，保证其
安全使用。
总之，隧道围岩变形时空效应是一个复杂且持续的过程，需要针对不同阶段采取相应的措施来管理。
通过合理的施工方法、定期的巡检和监测，以及及时的维护和治理，可以有效降低隧道变形带来的安全风险，确保隧道的稳定和可靠运行。
运用时空效应施工深基坑工程
陈传道
【期刊名称】《城市建筑》
【年(卷),期】2012(000)020
【摘要】当前，城市建设规模不断扩大，深基坑工程的数量与日俱增，如何保证软土地区的深基坑工程的稳定安全，已经发展成为相关领域迫切解决的问题。
时空效应是深基坑工程的施工方法之一，在工程中得到了普遍的应用，并得到了相关部门的高度认可。
本篇文章就深基坑工程施工中时空效应的运用进行了深入的研究。
【总页数】1页(P36-36)
【作者】陈传道
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.运用时空效应施工深基坑工程 [J], 陈传道
2.在软土地区超深基坑工程中应用"时空效应"理论指导施工实践--深达24.5m的地铁车站基坑开挖采取的技术措施 [J], 邓绍伦
3.时空效应规律在软土深基坑工程中的运用 [J], 王政富;鞠泳
4.浅析时空效应规律在黄土深基坑工程中的运用 [J], 李军
5.运用时空效应施工深基坑工程 [J], 李恒太
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时空效应规律在软土深基坑工程中的运用时空效应规律是指当地质介质的拉伸应变变化速率较大时，引起材料本构关系的非线性和耗散效应，并且导致地震动传播速度改变的现象。
在软土深基坑工程中，时空效应规律的运用可以对地震动作用下的土体动力响应进行分析和预测，为基坑工程的设计和施工提供科学依据。
首先，在软土深基坑工程中，时空效应规律可用于地震动的输入，即考虑地震动在不同时间段对土体动力响应的影响。
由于地震动的频率特性和持续时间在时间上都是变化的，因此土体的阻尼特性、动力刚度和波速也会随之发生变化。
在设计地震动参数时，可以根据时空效应的规律来确定不同时间段的地震动参数，以更好地反映土体的动力特性。
其次，时空效应规律还可以用于基坑工程中土体的动力特性分析。
由于软土具有较大的应变变化速率，其本构关系是非线性的，土体的动力参数如剪切模量、阻尼比和波速等也会发生变化。
通过考虑时空效应规律，可以更准确地分析土体在地震动作用下的应力应变关系，为基坑工程的稳定性和安全性评估提供可靠依据。
另外，时空效应规律的运用也可以在基坑工程中预测地震动引起的土体动力响应。
通过分析时空效应对地震动传播速度的影响，可以预测地震动在基坑内的反射、折射和透射的规律，从而预测土体动力响应的分布和幅值。
这对于基坑工程的抗震设计和土体的稳定性评估都具有重要意义。
最后，时空效应规律的应用还可以指导基坑工程的动力响应控制和减振设计。
考虑到软土的时空效应特性，可以采取合理的减振措施，例如设置适当的缓冲带和隔震层，以减小地震动对基坑结构的影响。
同时，还可以根据时空效应规律合理选择动力响应控制指标，如合适的位移控制限值和剪切应变控制限值等，以确保基坑工程的安全性和可靠性。
综上所述，时空效应规律在软土深基坑工程中具有重要的应用价值。
它可以为地震动参数选择、土体动力特性分析、土体动力响应预测以及动力响应控制和减振设计等提供科学依据，为软土深基坑工程的设计和施工提供可靠保障。
Value Engineering0引言青岛地处胶东半岛西南部，沉积相为海相沉积。
自中生代燕山晚期以来，区域性构造活动强烈，发生大规模、区域性酸性岩浆侵入，形成稳固的花岗岩岩基。
在漫长的地壳抬升、风化、剥蚀、夷平作用的反复改造下，使燕山晚期稳固的花岗岩体，以岩基形式分布于地表或地下一定深度内，并在长期风化作用下形成了一定厚度的风化带，其上沉积了厚度不一的第四纪松散堆积物，而第四系沉积层为Ⅴ级软土，强风化花岗岩为Ⅴ级软岩，而中风化岩层按强度可分为Ⅲ~Ⅳ级硬岩，所以，青岛地区“上软下硬”的地质特点鲜明，为典型的“土岩组合”地层，经统计，上层覆土厚5~8m ，强风化岩层厚8~13m ，中风化岩层顶面埋深约13~20m 。
而青岛地铁暗挖车站为满足运营和功能性的要求，并合理利用地层性质，车站拱顶通常位于强风化岩层中，拱脚通常位于中风化岩层中，青岛暗挖车站与地层相对位置关系如图1所示。
青岛地铁暗挖车站具有穿越土岩交界面，覆土薄（在5.1m~15.63m 之间），跨度大，覆跨比小（在0.26~0.65之间）的特点。
暗挖车站施工中，上层覆土性质和埋置深度共同影响地表沉降影响范围，隧道上方沉降槽宽度主要取决于最接近隧道拱顶的土层的状况。
而围岩性质则对洞内收敛变形影响较大，所以土岩组合地层中围岩时空效应特点鲜明。
爆破振动为土岩复合地层中暗挖车站特有的开挖形式，在山体隧道中应用广泛，但在城市暗挖工程中应用不多，而且从实测数据中可以很好的反映出爆破振动的影响。
土岩组合地层对地铁暗挖的建设的影响主要有以下几个方面：①“上软”部分对车站拱顶和地表的变形影响较大，影响范围和作用时间受上部围岩的影响大；②“下硬”部分使得支护手段多样，安全性较高，应合理利用围岩性质进行暗挖车站设计和采取不同的断面开挖方式；③应考虑爆破特殊施工方式的影响，考虑爆破震动对围岩稳定性的影响。
1基于围岩分级的暗挖车站施工时空效应分析1.1围岩分级标准围岩的分级基本上由岩石的坚硬程度和岩体的完整程度两个因素决定，另外，还要兼顾地下水状态、初始应力等因素。
目前按《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）中的规定执行。
大跨暗挖车站开挖过程，围岩质量是地层变形和影响周边环境的主要因素之一，同时围岩质量也是确定辅助工法的基础，如中山公园站，其原勘察报告中拱盖拱脚下底纵梁基底基本位于中风化岩层，局部位于微风化岩层，但监测过程中，发现各量测项目的变化趋势与理论计算及经验预测均有较大出入，且开挖过程发现实际围岩质量较差，级别较低，进行补充勘察后认为，车站纵梁位于强风化岩下亚带，已不再是硬质的中微风化岩，承载力和稳定性均满足不了设计要求。
由此可见，围岩级别是暗挖车站的地层变形的主要影响因素。
1.2不同级别围岩的时空效应分析目前青岛地铁暗探车站隧道所处地层基本为Ⅲ~Ⅴ级围岩，其中江西路站和清江路站围岩级别较差，江西路站开挖范围内存在一条派生断裂，断裂范围内主要为碎裂岩，岩体破碎，是整个岩体的薄弱带，而且由于其破碎特点造成地下水的渗透性较大，可能会形成地下水的排水通道，开挖过程中尤其需要注意加强支护和支护措施，保证围岩稳定。
而清江路站车站顶围岩级别为Ⅵ级和Ⅴ级，但埋深较浅为6.3~8.3m ，且在实际开挖过程中发现围岩中存在大量裂缝、夹泥带和滑移面，围岩完整性较差。
围岩级别较好的车站有延安三路站和君峰路站，延安三路站和君峰路站车站隧道基本处于中～微风化岩层中，地表和洞内变形明显较小。
以下分别选取Ⅲ、Ⅵ和Ⅴ级围岩车站的典型断面进行地表最大累计沉降对比，以分别说明不同级别围岩的时空效应。
以上车站的地表沉降和拱顶沉降累计最大值统计如表1所示。
——————————————————————作者简介：张建祥（1973-），男，四川大邑人，现担任青岛地铁3号线设计咨询副总咨询师，青岛地铁2号线初期工程土建结构副总体。
基于埋深及围岩等级的暗挖工程施工围岩时空效应研究A Study on Surrounding Rock Time-space Effect in Underground Excavation Process Based on the BuriedDepth and Surrounding Rock Level张建祥①ZHANG Jian-xiang ；张奉春②ZHANG Feng-chun（①中铁二院，成都610000；②青岛市地下铁道公司，青岛266100）（①China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd.，Chengdu 610000，China ；②Qingdao Underground Railway Company ，Qingdao 266100，China ）摘要：本文以青岛地铁一期工程暗挖车站为背景，阐述了土岩结合地层下，浅埋暗挖工程在施工过程中基于埋深及围岩等级，围岩的变形规律及时空效应。
Abstract:The ducoment takes the mined underground metro station of Qingdao subway project as the background,and expounds the deformation law and time-space effect of surrounding rock in a particular geological conditions of soil and rock composition stratum during the construction process of the shallow underground excavation station based on the buried depth and surrounding rock level.关键词：土岩结合；浅埋暗挖；时空效应Key words:soil and rock composition ；shallow underground excavation ；time-space effect 中图分类号：U231+.3文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）30-0049-03·49·价值工程由各暗挖车站不同围岩级别的地表最大累计沉降曲线图和数据对比表可知，对于青岛地铁一期的暗挖车站来说，Ⅴ级围岩的地表最大累计沉降在-15.0mm~-56.4mm之间，拱顶沉降值小于-18.6mm；Ⅵ级围岩的地表最大累计沉降在-14.9mm~-25.7mm之间；Ⅲ级围岩的地表最大累计沉降在-7.8mm~-13.3mm之间，拱顶沉降值小于-10.0mm。
2基于埋深的暗挖车站施工围岩时空效应分析2.1暗挖车站埋置深度与围岩稳定性的关系暗挖车站地表变形受上部岩层性质和埋置深度共同控制，而青岛7座暗挖车站的拱顶大部分位于强风化岩层以下，埋置深度越深，所处的围岩性质越好。
暗挖车站的埋置深度与围岩的稳定性主要有以下几种关系：①车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，但是实际上在埋深逐渐增加的过程中，地表沉降最大值的减少速率是快于埋深增加速率的，埋深的增加可以有效的减少工程开挖对地面的影响；②车站埋深增加，所处的围岩性质变好，在初期支护达到最终强度之前，围岩的变形速率较小，才能有效的利用初支，从而起到减小收敛与拱顶变形的效果。
选取清江路站（拱顶埋深6.3m～8.3m）、江西路站（拱顶埋深8.90m～10.5m）、中山公园站（拱顶埋深10m～12m）三个车站的数据进行对比。
三个车站所选监测断面的埋深、导洞洞泾、车站跨度、覆跨比、岩跨比如表2所示。
2.2车站埋深对地表沉降时空效应的影响分析比较前期沉降微小变形阶段的历时、快速沉降阶段历时和缓慢沉降阶段的历时，以分析埋深对累计沉降的影响。
总结埋深与沉降阶段划分及影响时间的关系见表3。
由中山公园站和清江路站的对比可知，埋深增加。
可以有效减小沉降并减小沉降历时。
江西路站快速沉降期历时最长，这与除与埋深有关，还与支护时间、周边环境等因素有关。
综合分析图2与图3，得到埋深与影响范围/洞径（L/ D）的关系，如表4。
2.3车站埋深对地表横向沉降规律的影响分析（图4、表5）车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，但这是与支护能否即时起到良好支护效果相对而言的，同时还受上覆土层性质的影响。
2.4车站埋深对围岩收敛的影响（图5、表6）埋深与收敛变形的关系也受到支护效果的作用，深度增加，围岩性质变好，可以有效的减小收敛变形。
清江路站与中山公园站收敛变形都为向洞内收，而江西路站则为向洞外扩，这与采取的断面形式有很大的关系。
3结论3.1大跨暗挖车站开挖过程，围岩质量是地层变形和影响周边环境的主要因素之一，其它主要变形因素包括埋深、工法和辅助施工措施等，所以在各暗挖车站为超浅埋、施工工法基本一致的情况下分析围岩级别对车站主体的影响仍具有一定的指导意义。
对于青岛地铁一期的暗挖车站来说，Ⅴ级围岩的地表最大累计沉降在-15.0mm~ -56.4mm之间，拱顶沉降值小于-18.6mm；Ⅵ级围岩的地表最大累计沉降在-14.9mm~-25.7mm之间；Ⅲ级围岩的地表最大累计沉降在-7.8mm~-13.3mm之间，拱顶沉降值小于-10.0mm，差别特征明显。
3.2理论上，车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，同时减小地表沉降量。
实际中，车站埋深增加，所处表1Ⅲ、Ⅵ和Ⅴ级围岩车站的最大累计沉降数据列表车站测点所处地层围岩级别地表最大累计沉降量（mm）拱顶最大累计沉降量（mm）中山公园站延安三路站ⅤⅢ-15.0-7.8-18.6-4.8江西路站ⅤⅥ-56.4-25.7-18.3/清江路站万年泉路站君峰路站ⅤⅥⅢ-18.0-14.9-13.3/-10.0-6.8表2车站监测断面的工程特性车站名称埋深（m）覆岩厚度（m）导洞洞泾（m）车站跨度（m）覆跨比岩跨比清江路站8 3.2720 1.140.46江西路站103721 1.430.43中山公园站12 4.2 6.519.2 1.850.65表3埋深与沉降阶段划分及影响时间的关系车站名称微小变形期/d快速变形期/d缓慢变形期/d清江路站（8m）江西路站（10m）中山公园站（12m）0~1010~2510~2010~7025~10020~50>70>100>50表4埋深与影响范围/洞径（L/D）的关系车站名称前方后方影响范围/洞径清江路站（8m）江西路站（10m）中山公园站（12m）-1.8-2-2662-1.8~6-2~6-2~2表5埋深对沉降槽的影响车站名称最大沉降量（mm）最大沉降位置（m）横断面影响范围（m）清江路站（8m）江西路站（10m）中山公园站（12m）-13-43-19-101040~50>40<40表6埋深与收敛变形阶段划分及影响时间的关系车站名称急剧变形期/d缓慢变形期/d基本稳定期/d清江路站（8m）江西路站（10m）中山公园站（12m）0~300~150~1530~4515~2515~25>45>25>25·50·Value Engineering0引言现在是信息技术时代，各种新技术层出不穷，现代化进程，矿山企业生产能力在逐年增长，与此同时很多的旧设备已经不能满足当前的需求，要更新换代那些性能、功能和精确度比较高的设备。
