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1、地铁深基坑开挖引起的环境效应及防治措施摘 要:地铁深基坑工程施工对周围环境的影响很大,需要采取合理措施对其进行保护。就南京地铁深基坑工程中的基坑时空效应、降水基坑外的地面沉降、信息化施工等施工引起的环境问题进行讨论,并提出环境保护措施。关键词:基坑工程;环境保护;时空效应;降水;隆起;地面沉降;信息化;监测1概述近年来随着我国地铁建设的发展,越来越多的城市修建地铁。而地铁深基坑工程具有开挖难度大、工期长、费用高及对周围环境的影响大等问题,它已经成为城市建设中一个亟待攻克的难题,其中的环境保护问题已经成为基坑支护中诸多问题的重中之重。
2、因此地铁基坑工程施工的好坏,直接影响到基坑工程的造价和安全,同时,保护邻近建筑(或管道)的安全并保证其正常使用具有重大的经济效益和社会效益。2基坑开挖引起的环境效应城市地铁深基坑工程具有以下特点:(1)深基坑工程施工环境条件比较差。由于高层、超高层建筑都集中在城市中心区及主要街道的两旁,建筑密度大,人口密集,交通拥挤,施工场地狭小,束缚了工程施工的手脚。(2)基坑开挖越来越深。业主为节约土地,充分利用原有基地面积和地下空间,设置车站、人防、机房及消防设施,故地铁结构的深度和层数相应增加。(3)必须设置技术可靠可行的支护结构来确保安全
3、,还要考虑到对周围地下的煤气、上水、下水、电讯、电缆等管线的影响,尽可能减少对这一系列建筑及设施的损坏性影响。(4)随着竞争机制的增加,业主对造价、工程进度、工程质量的要求也越来越高,相应增加了施工难度。2.1降低地下水引起的环境效应降低地下水位引起的环境效应表现为:(1)降低地下水位引起的地面沉降;(2)地下水渗透破坏引起的基坑坍塌;(3)基坑突涌导致的基土开裂。在基坑开挖过程中,通常采用井点降水来达到降低水位、固结土体、稳定边坡和便于开挖的目的。同时,基坑降水,由于水位降落而引起地面沉降,相应形成以水位漏斗为中心的地面沉降变形区
4、,导致次范围内的建筑、道路、管网等设施因不均匀沉降而发生断裂、倾斜,影响其正常使用和安全。降低地下水位引起的环境变化机理为:(1)水位降低减少了土中地下水对地上建筑物的浮托软弱土层受到压缩而沉降;(2)使孔隙水从土中排出。土体固结变形,本身就是压缩沉降过程,降水过程中,常会随着抽出的水流带走土层中部分细微土粒,引起周围地面沉降。地面沉降与地下水位降落是对应的,地下水位降落的曲面分布必然引起邻近建筑物的不均匀沉降。当地面沉降达到一定程度时,建筑物就会发生开裂、倾斜甚至倒塌现象;(3)基坑开挖时,基坑内、周边地下水位存在一定的水头差,在
5、动水压力作用下,基坑土会发生流(土)失、潜蚀现象,导致土体结构松动和破坏,引起基坑坍塌。(4)当基坑内、外水位差较大,或基坑下部有承压水存在,基坑使原有土压力减少到一定程度时,承压水的水头压力大于基坑底土体浮重力,形成管涌、侧涌现象,造成基土开裂。62.2支护结构发生变形和位移引起的环境效应支护结构发生变形和位移引起的环境效应表现为:(1)支护结构本身破坏而导致边坡失稳;(2)支护结构整体破坏而导致基坑隆起;(3)支护结构发生变形和位移而引起邻近建筑设施破坏。支护结构发生变形和位移引起的环境效应的机理为:(1)基坑地基土卸载改变坑底
6、原始应力状态,在基坑开挖时,土体中自重压力减小,土体的弹性效应使基坑底面产生一定的回弹变形(隆起),坑底表现为弹性隆起,其特征为坑底中部隆起最高,弹性隆起在基坑开挖停止后很快就停止,基本不会引起坑外土体向坑内移动;随着开挖深度的增大,坑内外高差所形成的加载和地面各种超载的作用使围护墙外侧土体向坑内移动,使坑底产生向上的塑性变形,其特征为两边大中间小的隆起状态;(2)在基坑周围产生较大的塑性区,并引起地面沉降;(3)基坑底面暴露时间过长,使基坑积水,一方面,使得粘性土的流变性,将增大墙体被动压力区的土体位移和墙外土体向坑内的位移,从而
7、增加地表的沉降。(4)支撑物受破坏或锚杆体系抗拔力不足,拉杆自身断裂或拉杆及锚座的连接不牢等引起支护结构体系承载能力丧失支护结构嵌入深度不足引起基坑隆起,并使地基强度降低或丧失。3基坑工程中的环境保护对于基坑周围环境的保护,人们积累了许多的保护经验,如选用刚度大的围护结构、进行基坑内外的地基加固以提高土体的抗变形能力、对基坑近旁的建筑物和构筑物进行地基加固或地基处理、在基坑与建筑物间设置隔断桩或隔断墙以及注浆保护、通过少量注浆影响变形传播的途径等措施;尽管保护方法千差万别,但其作用的机理不外乎是减少基坑开挖的影响、提高围护环境的抗变
8、形能力、切断影响途径等3种。3.1基坑工程中的环境保护时空效应法是为解决深基坑整体稳定和坑周地层位移控制问题、参考新奥法隧道施工中的时空效应理论和大量软土基坑实践而提出的一种计算和控制基坑结构变形及周围地层位移的方法。通过大量的软土基
