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基坑施工对自身及既有地铁结构的影响分析
基坑施工是建筑物、桥梁等建筑工程施工中必要的一环，然而，基坑施工可能会对自身及周边地区的建筑物和其他基础设施造成不同程度的影响。
特别是在城市地区，基坑施工还可能对既有市政设施如地铁等造成影响。
基坑施工对自身的影响主要集中在以下几个方面：
1. 地下水位降低。
基坑施工需要对地下进行开挖，这可能会导致地下水位下降，甚至出现地下水位下降不均匀的情况，造成地下水逸出、泥石流等问题。
2. 土壤稳定性降低。
基坑施工需要对土壤进行挖掘，破坏土壤的原有结构，同时还可能对周边土地造成不同程度的震动作用，给周边建筑物和地下管线带来一定安全隐患。
3. 基坑周边建筑物沉降。
因为挖掘和填充土方的不同，基坑施工会导致基坑周边土壤承载力下降，从而导致周边建筑物沉降。
其他还包括施工噪音扰民、环境污染等问题。
1. 隧道结构受损。
地铁隧道通常是由混凝土、管道、钢筋等材料组成，基坑施工可能造成地铁隧道结构的损坏，需要及时修补和加固。
2. 地铁列车跑动平稳性降低。
基坑施工可能导致地铁隧道结构变形而影响地铁列车的跑动平稳性，从而影响地铁运行安全。
3. 地铁结构承载力降低。
基坑施工可能导致地下土层的承载力降低，从而影响地铁结构的承载能力，导致地铁在基坑施工期间需要加强监测和维护。
为减少基坑施工对自身和既有地铁结构的影响，施工方需要采取各种措施，如对土壤加固、设置挡板、减少施工噪音、控制环境污染等。
同时，还需要加强监测控制，及时发现并解决问题，确保基坑施工的安全和稳妥进行。
972024年1月下 第02期 总第422期工程设计施工与管理China Science & Technology Overview0引言随着社会的持续发展，城市人口数量的不断增长，原有城市建设的地上空间已愈发紧张，尤其是交通情况。
为缓解日益拥堵的地上交通路网，提高城市交通运行能力，开发立体空间，尤其是地下空间，是切实可行的办法。
地铁公共交通已逐步成为大城市路网的重要组成部分。
明挖法施工简单快捷、成本低，在深基坑工程开挖中，在原已达到应力平衡的地下环境中挖走土方，导致坑内外应力重分布，不仅使基坑围护结构受压力影响发生水平侧移，还会导致基坑周围地表土体及邻近建筑物产生沉降变形。
为保证基坑自身稳定性，控制基坑周围土体产生的变形在合理范围内，基于各地不同的工程地况，基坑工程的具体开挖方案有所不同[1-7]。
1工程概况结合南昌轨道交通2号线东延线某地铁车站明挖法施工，采用有限元数值模拟，分析车站在施工过程中支护方式及开挖方式对周边环境建筑物的稳定性影响，选择更加合理安全的支护方式，为相似地层中车站基坑安全开挖保驾护航。
车站位于解放东路与东升大道交叉路口，路口西北象限为现状绿地、公司等沿街商铺及多层民宅（地上1～4层，条形基础）；路口东北象限为南昌市幸福渠水域综合整治工程综合住房小区（地上4、22层，地下一层，预应力管桩基础），目前已投入使用；路口西南象限目前为沈桥农贸市场（地上3层，独立基础）；路口东南象限为安美驰汽车维修美容中心、诚信汤店、兴隆零售批发超市等沿街商铺、新艺源文化艺术学校及多层民宅（地上1～3层，条形基础）。
车站站台形式为地下二层岛式站台，施工方法为明挖法，站台中心里程YDK47+202.425，设计起终点里程为YDK47+119.375～YDK47+404.375，全长285m，总建筑面积18522.48m 2，车站基坑标准段宽22.7m，整平后地面高程为19.8m，底板形成后厚度为0.9m，铺设垫层的厚度为0.2m，基坑标准段的深度为17.8m，车站基坑周围较为宽阔，采用明挖法施工，围护结构为地连墙与内支撑相结合的方式，地连墙嵌入岩层，车站结构基坑底部承载力为180kPa，车站中心处轨面高程3.5m。
Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2018, 7(3), 503-510Published Online May 2018 in Hans. /journal/hjcehttps:///10.12677/hjce.2018.73057Study on the Influence of Foundation PitExcavation on Surrounding Existing BuildingFang BaShenyang Metro Corporation, Shenyang LiaoningReceived: May 9th, 2018; accepted: May 23rd, 2018; published: May 30th, 2018AbstractBased on the project of foundation pit, the finite element model is established to investigate the influence of foundation pit excavation on surrounding buildings. The results indicate that when the building is very close to the supporting columns of foundation pit, the side closed to founda-tion pit is limited by the supporting columns, and the settlement is smaller than the other side, which leads to the inclination of existing building along with departing from the foundation pit;when the drainage is operated in the inside of foundation pit, the settlement range which is in-duced from draining is larger, but the degree of inclination is smaller.KeywordsFoundation Pit Excavation, Existing Building, Inclination of Building, Numerical Simulation, Plaxis基坑开挖对邻近既有建筑物的影响研究巴放沈阳地铁集团有限公司，辽宁沈阳收稿日期：2018年5月9日；录用日期：2018年5月23日；发布日期：2018年5月30日摘要论文以某深基坑项目为依托，采用Plaxis建立有限元模型，研究基坑动态开挖对临近建筑物的影响。
基坑开挖施工对邻近建筑影响分析及保护措施摘要：随着现代化经济建设的飞速发展和城市化建设的不断深入，各种大型建筑和高层建筑林立而起。
这些高层建筑已经成为衡量现代化经济水平以及城市发展水平的重要标准。
随着建筑类型不断增加，建筑功能以及建筑安全性要求的不断提升，建筑物的基坑也越来越深。
然而深基坑开挖是一项十分复杂的施工工艺，常常会引起基础沉降，给周边建筑物带来不利影响。
土钉墙支护方案对土体变形控制效果有限，该支护方式下基坑开挖对邻近建筑造成较大变形，难以保证该建筑的安全性；采用隔离桩的加固方案可降低基坑开挖对邻近建筑的影响，其中单排隔离桩可减小邻近建筑46%的沉降值，而双排隔离桩可减小邻近建筑68%的沉降值，效果十分显著。
关键词：基坑开挖；邻近建筑；保护引言随着城市建设的快速发展，周边邻近建筑的深基坑工程越来越多。
由于深基坑的开挖会对土体进行扰动，从而造成基坑内的土体隆起、围护结构的侧向变形及坑周的地表沉降。
其中，坑周的地表沉降必然会对其邻近建筑物造成不利影响，严重时将引起邻近建筑的基础下沉、不均匀沉降，导致建筑物产生开裂或倾斜等问题。
因此，在保证深基坑稳定及安全的同时，如何保证邻近建筑的安全、减小基坑开挖对邻近建筑的影响成为目前亟需解决的问题。
1基坑开挖对建筑物的破坏任何建筑物都有抵抗变形能力以及地表位移的极限，即具有一定的安全系数和结构强度，当建筑物发生的变形在容许变形值范围之内时，则建筑损害不表现出来。
因为各种类型的建筑结构和形式各不相同，因此抵抗变形的能力也不相同。
基坑开挖对建筑破坏的形式主要表现为三种：（1）建筑外观损害。
即基坑开挖造成建筑外观受到影响。
多表现为建筑装修或者填充墙及二次结构轻微开裂或者变形。
建筑外观损害有一个上限值，即素混凝土或砖混墙裂缝宽度1.0mm。
石膏墙裂缝宽度为0.5mm，在这个范围内的损害属于建筑外观损害。
（2）功能损害。
主要是一些影响结构功能实现及使用建筑破坏，如楼板和墙发生倾斜、裂缝展开以及门窗卡住等。
Building & Science︱36︱2016年09期排管、工井基坑开挖对相邻房屋的影响分析林 和丽水市正阳电力设计院有限公司，浙江 丽水 323000摘要：随着城市建设的快速发展,岩土工程中的环境保护问题已经成为工程设计、施工中应该考虑的重要环节,而且要求也越来越高。
基坑开挖引起的支护结构后地表的差异沉降对邻近房屋的影响较为显著。
本文结合实例探讨了排管、工井基坑开挖对相邻房屋的影响，以供参考。
关键词：排管方式；基坑开挖；影响分析中图分类号：TU46+3 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）09-0036-011 工程概况 拟建工程位于杭州市滨江区，为一条宽2.5m 的电力管线，设计全长约5000m，电力管线埋深2.5m。
管线分布呈东西向，起自火炬大道附近的220kV 彩虹变，沿南环路南侧绿化带埋设，终点至江陵路附近的220kV 兴南变。
电力管线采用排管方式铺设，排管尺寸：H=2m，b=2m，开挖深度 2.5m；工井尺寸：H=3，B=6，b=3。
在基坑开挖影响范围内存在既有房屋，为分析排管、工井基坑开挖对房屋的影响，本文利用有限元的方法，借助midas GTS 岩土专业数值分析软件，主要对以下两方面内容进行了分析： （1）排管开挖对房屋的影响； （2）工井设置对房屋的影响及安全距离。
采用控制变量法，分别研究了排管基坑距离房屋0.6m、0.8m、1.0m、2.0m；工井基坑距离房屋0.6m、1.0m、2.0m、3.0m 的条件下，基坑开挖对房屋不均匀沉降的影响，通过曲线拟合出房屋不均匀沉降随距离的变化关系，对基坑开挖的位置给出建议，以期为实际施工提供参考。
2 地质条件根据《杭州市220kV 彩虹变扩建工程220kV 线路部分岩土工程勘察报告（详勘）》，拟建工程地质情况如下： ①-1素填土：杂色，稍湿，松散。
主要由碎石和粉土等组成。
分布广泛，层顶高程6.21～7.95m，层厚0.80～3.40m。
深基坑开挖对临近建筑物浅基础影响分析摘要：本项目施工现场以淤泥为主，地质情况不佳，基坑采取了排桩+预应力锚索的支护方式，在基坑的一段外侧设置了一个浅地基临时建筑物。
为了确保工程在基坑开挖中的安全，采用有限元数值模拟方法对工程中建筑物在施工中的变形进行了数值模拟。
研究表明：桩-锚杆的遮挡作用对基坑的变形有很好的抑制作用，采用混凝土搅拌桩和基坑内外两种方法，可以有效地控制基坑及周围建筑物的变形，并对其进行分层位移角、整体倾斜、相邻柱基沉降差等指标进行了分析。
为了进一步提高基坑工程的安全，本文对其施工控制要点进行了总结。
关键词：深基坑；临近建筑物；浅基础引言在基坑施工中，由于受力的重新分配，周围的土体会产生一定的变形，从而对周围的管道和建筑造成破坏，从而影响其正常工作和使用寿命。
桩锚支护是一种采用排桩+预应力锚索支护系统的新型支护结构。
采用排桩法+预应力锚索支护系统，可以有效地抑制周边土体的变形，从而确保基坑及周边建筑、管线的安全。
将居民楼的纠倾工程应用有限元分析法，对基坑附近的建筑物进行了分析，得出了地基上的有效应力增大和地基的塑性流动是导致房屋倾斜的重要因素。
以深层软弱地基工程为载体，对基坑工程在软弱地基上的沉陷效应进行了分析，并对其规律进行了归纳。
运用 PLAXIS软件，通过现场实测资料，讨论了基坑及高层建筑物的相对位置及开挖深度对地基的卸荷和荷载的影响。
根据土体的非线性及分布开挖原理，采用三维有限元方法进行了基坑开挖及支护结构的数值模拟，结果表明，通过加大土层的入土深度，可以有效地抑制土体向坑道中的流动，降低周围土体的沉陷。
1深基坑支护类型1.1悬臂型支架悬臂支护结构是以悬臂支护为基础，通过支承土体的嵌固和自身的弯曲刚度，实现对其变形和平衡的控制[1]。
悬臂式支护是在土质好、深基坑深较浅的情况下进行的。
1.2采用土钉法进行支撑土钉支护是利用土钉、土体和喷水混凝土面层三者结合而成的一种支护结构，它可以有效地减少土体的松动，并使边坡保持稳定。
基坑开挖对邻近既有建筑物的影响研究引言：在城市建设和开发的过程中，基坑开挖是常见的工程活动之一、然而，基坑开挖不仅仅对待建筑物的施工而言是必需的，也对周围的既有建筑物造成了潜在的影响。
为了确保既有建筑物的安全和稳定，在进行基坑开挖前应该进行充分的调查和研究，以确定对邻近建筑物的影响，并采取相应的防护措施。
1.基坑开挖对邻近建筑物的影响基坑开挖可能对邻近建筑物造成以下几方面的影响：1.1地基沉降基坑开挖在地下部分会暴露出土壤的一部分，导致土壤的变形和沉降。
这可能会对周围的建筑物的地基稳定性造成影响，特别是对于老旧建筑物而言。
沉降可能引起建筑物的不均匀沉降，导致墙体开裂、地基沉降等问题。
1.2地下水位变化基坑开挖会打断土壤的连续性，可能导致地下水位的变化。
这种变化可能会引发周围建筑物地下水渗透和涌水问题。
如果建筑物的地下室或地下层不具备防水功能，地下水可能会对建筑结构和内部设施造成损坏。
1.3土壤侧推力基坑开挖时，土壤侧推力会增加，对邻近建筑物的地下结构施加较大的水平力。
这可能导致邻近建筑物的地震稳定性问题，尤其是在软土地区。
1.4建筑物振动基坑开挖时，工程机械的震动和振动会传导至邻近建筑物。
这可能导致建筑物的结构松动，甚至引起墙体开裂等问题。
特别是对于老旧建筑物而言，振动可能会诱发潜在的结构故障。
2.防护措施为了减少基坑开挖对周围建筑物的影响，应采取以下防护措施：2.1基坑支护结构在进行基坑开挖前，应设计和施工合适的基坑支护结构。
这些结构的目的是确保土壤的稳定性，并减少对周围建筑物地基的不良影响。
常见的基坑支护结构包括钢板桩、混凝土墙等。
2.2监测在进行基坑开挖时，应设置实时监测系统，对邻近建筑物的振动、沉降、地下水位等进行监测。
这可以及时发现和评估潜在的问题，并采取必要的补救措施。
2.3水封为了防止地下水位变化对建筑物造成损害，应对周围建筑物的地下室和地下层进行水封处理。
这可以防止地下水的渗透和涌水。
Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2018, 7(3), 503-510Published Online May 2018 in Hans. /journal/hjcehttps:///10.12677/hjce.2018.73057Study on the Influence of Foundation PitExcavation on Surrounding Existing BuildingFang BaShenyang Metro Corporation, Shenyang LiaoningReceived: May 9th, 2018; accepted: May 23rd, 2018; published: May 30th, 2018AbstractBased on the project of foundation pit, the finite element model is established to investigate the influence of foundation pit excavation on surrounding buildings. The results indicate that when the building is very close to the supporting columns of foundation pit, the side closed to founda-tion pit is limited by the supporting columns, and the settlement is smaller than the other side, which leads to the inclination of existing building along with departing from the foundation pit;when the drainage is operated in the inside of foundation pit, the settlement range which is in-duced from draining is larger, but the degree of inclination is smaller.KeywordsFoundation Pit Excavation, Existing Building, Inclination of Building, Numerical Simulation, Plaxis基坑开挖对邻近既有建筑物的影响研究巴放沈阳地铁集团有限公司，辽宁沈阳收稿日期：2018年5月9日；录用日期：2018年5月23日；发布日期：2018年5月30日摘要论文以某深基坑项目为依托，采用Plaxis建立有限元模型，研究基坑动态开挖对临近建筑物的影响。
研究表明，当建筑物紧贴基坑围护桩时，建筑物近基坑一侧受围护桩约束，沉降值较小，造成建筑物背向基坑一侧倾斜；当基坑采用坑内降水时，由降水引起的土体固结沉降范围较大，而基坑降水对邻近既有建筑物的倾斜度影响较小。
巴放关键词基坑开挖，既有建筑物，建筑物倾斜，数值模拟，PlaxisCopyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/1. 引言城市复杂环境中往往会出现在既有建筑物邻近位置进行深基坑工程开挖。
这种情况下基坑工程设计与施工的主导控制因素已不仅仅是自身支护体系的稳定性，还涉及到邻近建筑物的潜在风险等关键因素。
对深基坑工程周边建(构)筑物的保护，以及保证基坑工程施工过程中的自身安全，都需要首先明确基坑工程与周边环境之间的相互作用关系，即如何有效地对基坑开挖所导致的既有建(构)筑物附加变形及内力进行准确评估已成为深基坑工程设计与施工过程中的关键问题所在[1] [2]。
郑刚[3] [4]等人基于数值模拟方法及现场实测等研究手段研究了基坑开挖对邻近任意角度建筑物影响的影响模式，并且在此基础上对不同围护结构形式下的基坑开挖对邻近既有建筑物的变形模式进行了更深入的研究，得到了一些有益的结论。
黄宏伟[5]、黄栩[6]等人则对基坑开挖过程对邻近既有隧道结构的影响进行了研究。
本文以锦州百脑汇资讯广场深基坑项目为依托，采用非线性有限元分析软件Plaxis ，对基坑动态开挖过程进行了数值模拟，并对基坑与建筑物水平距离、建筑物基础形式及降水等关键影响参数进行了系统研究。
2. 工程概况及数值模拟2.1. 计算模型某基坑工程，邻近主干道中央大街，周边交通繁忙，建构筑物密集，基坑典型断面支护形式。
本文依托工程实例原型，建立二维平面应变有限元数值模型，研究深基坑开挖与邻近建筑物的相互作用影响。
本模型在水平方向取4倍的基坑开挖深度，在竖直方向取2倍的基坑开挖深度。
加之以方便考虑基坑的对称性另一方面简化计算量，取基坑的一半尺寸进行分析，则计算模型为110 m × 30 m ，横向宽度取取。
模型底层控制其水平和竖直方向的位移；两侧控制其轴向位移，地表则为自由边界。
同时设定模型底层为基准面，水头按水位线所在的高度计算。
初始孔隙水压力按p = ρgh 计算，模型底部设为不透水边界，见图1。
模型中土体本构模型采用硬化土HS 模型，它是一种以塑性理论为基础的双屈服面模型，考虑了土体的应力路径和土体硬化的。
根据现场地质的特点，将土体简化为5层土，土的物理力学参数，见表1，支护结构力学参数见表2。
基坑围护桩采用板单元进行模拟，按弹性材料进行考虑，根据抗弯刚度等效原则，将围护桩简化为连续墙结构，见图2。
由公式(1)计算可得，连续墙的厚度为0.6 m 。
()3311π1264D t h D +=(1)巴放Figure 1. The finite element mesh 图1. 数值计算模型Figure 2. Modeling piles as a continuous wall 图2. 简化连续墙模型Table 1. Soil parameters 表1. 土体参数表土层 密度ρ (kg/m 3) 泊松比μ 粘聚力c(MPa) 内摩擦角φ(˚) 割线刚度(MPa) 切线刚度(MPa) 卸载刚度(MPa) 渗透系数(m/d)杂填土 1800 0.33 10 18 50 50 150 - 粉质粘土 1930 0.35 30 12 15 15 30 0.05 圆砾 1800 0.26 1 30 90 90 270 120 全风化砾岩 2400 0.35 100 30 500 500 1000 30 强风化砾岩23000.4502520020040040Table 2. Retaining structure parameters 表2. 支护结构参数表材料 本构 密度ρ(kg/m 3)泊松比μ 弹性模量(MPa)直径/厚度(m)围护桩 弹性 2500 0.2 30000 0.7 旋喷桩 弹性 2000 0.2 150 0.6 预应力锚索弹性78000.32100000.042式中：D -边桩界面直径；t-桩间净距。
在围护结构与锚索锚之间设置界面单元，并考虑基坑在开挖阶段的渗流效应。
在建模过程中，选用3跨5层的框架结构，建筑物基础采用实体单元，基础的长度厚度以及埋深分别为15 m ，1 m 以及2.5 m 。
其梁柱均采用板单元。
本模拟共分为13个步序，具体施工步序，见表3。
巴放Table 3. Construction sequence表3. 施工步序步序施工阶段1 平衡地应力，建立初始地应力场，位移清零2 施作围护桩和止水帷幕3 开挖一层土体4 施作一层锚索，施加预应力5 开挖二层土体6 施作二层锚索，施加预应力7 开挖三层土体8 施作三层锚索，施加预应力，并降水9 开挖四层土体10 施作四层锚索，施加预应力，并降水11 开挖五层土体12 施作五层锚索，施加预应力，并降水13 开挖六层土体2.2. 计算结果基坑在不同开挖深度下的总位移云图，见图3。
由图可知，基坑的开挖深度较浅时，基坑围护桩的后方土体变形量较小，并且基坑的底部出现较大的回弹。
随着基坑开挖深度的不断增加，基坑的最大变形量从基坑底部移动到围护结构的后面，当基坑开挖8 m和10 m时，围护桩的后方土体最大变形分别为6.67 mm和7.01 mm。
此后基坑的开挖深度继续增加时，坑底的回弹量增加极其微小，而围护桩后的土体变形量则出现较大的增加。
这是因为基坑因开挖而出现卸载的情况，导致围护桩周围出现不平衡力。
由图3可知，但基坑开挖深度为15 m时，围护结构变形为鱼腹状形态，并在其中部位置出现最大变形量。
为了研究基坑开挖引起临近建筑物的内力变化规律，对比了基坑未开挖和开挖至15 m时的剪力和弯矩曲线。
由图4可知，基坑开挖之前，建筑物的楼板为三跨连续梁受力模式，其最大剪力为20.9 kN，当基坑开挖至15 m时，楼板的最大剪力增加至21.8 kN，增加了4.3%。
由图5可知，楼板所受的最大正弯矩和最大负弯矩分别是8.5 kN∙m和−20.9 kN∙m左右。
当基坑开挖后，接近基坑的楼板负弯矩变小，则另一侧增加，且负弯矩的增量不超过5 kN∙m。
这是因为建筑物基础的刚度很大，导致建筑物产生的不均匀沉降较小。
3. 坑内降水对临近建筑物的影响为研究基坑施工过程中，基坑内部是否降水以及降水深度对既有建筑物的影响，本文对降水和不降水等两种工况进行分析。
两种工况下，不同开挖深度对应基坑周边土体和建筑物变形，见图6。
当坑内降水深度随着基坑开挖深度的增加而增加时，同时围护桩的变形量也逐渐增加。
当开挖深度为15 m时，降水和无降水基坑开挖引起的围护桩水平位移分别为12.9 mm和10.1 mm。
这说明坑内降水导致土体的有效应力增加，并且使围护桩内外产生压力差，增加了围护桩的水土侧向压力。
所以坑内降水导致桩体出现更大的侧向水平位移。
建筑物基础在不同工况下的沉降值曲线，见图7。
当基坑开挖至 5.5 m时，基坑内部还未降水，两种巴放Figure 3. The soil deformation with excavation depths图3. 不同基坑开挖深度下的土体变形工况下建筑物基础沉降基本一致。
当基坑开挖至10 m时，坑内降水工况下建筑物沉降比未降水大2.5 mm 左右。
