朱惠良（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心浙江總隊(duì)，浙江　杭州　310022）

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深基坑對(duì)周圍地下管線變形的影響和控制研究

朱惠良
（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心浙江總隊(duì)，浙江杭州310022）

摘要：通過(guò)對(duì)深基坑變形問(wèn)題的分析，探討了影響深基坑周圍管線變形的主要因素，并從深基坑的設(shè)計(jì)、施工兩方面，提出了控制深基坑周圍管線變形的措施，保證了深基坑施工過(guò)程中周圍環(huán)境的安全。

關(guān)鍵詞：深基坑，地下管線，變形，位移

1　概述

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升以及生產(chǎn)力的高速發(fā)展，高層建筑層出不窮，深基坑工程也日益增多，基坑向更大更深發(fā)展也是一種社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，深基坑工程也變成了城市發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要組成部分，然而，隨著深基坑工程不斷的大量涌現(xiàn)，迅速增多的深基坑帶來(lái)了諸多普遍的工程問(wèn)題，如降水、開挖等引起的周圍建筑物和相應(yīng)的地下管線等設(shè)施的變形和破壞問(wèn)題，同時(shí)由于現(xiàn)在城市建設(shè)的密度越來(lái)越大，深基坑周圍的環(huán)境也越發(fā)復(fù)雜，在保證基坑自身結(jié)構(gòu)體安全的前提下，如何保證周圍建筑物和周圍管線的安全變得更加重要［1］。近些年，由深基坑工程開挖引起的工程事故層出不窮，路面開裂、地下管線破裂等工程事故不斷出現(xiàn)，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失并且造成了不良的社會(huì)影響，2005年北京地鐵某明挖車站基坑發(fā)生坍塌，坍塌面積約2 400 m2，事故造成基坑周圍管線受損嚴(yán)重，其中一根直徑600 mm的自來(lái)水管斷裂，自來(lái)水大量注入基坑內(nèi)，對(duì)基坑自身安全和周圍環(huán)境都造成了嚴(yán)重破壞；2008年杭州一號(hào)線地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生塌陷事故，風(fēng)情大道坍塌形成了一個(gè)長(zhǎng)75 m、寬21 m、深15.5 m的深坑，附近的河流決堤，河水倒灌，風(fēng)情大道中斷，附近民房?jī)A斜破壞，地面下管線受到嚴(yán)重破壞。因此，重視深基坑開挖對(duì)周圍地下管線等的影響程度的研究，對(duì)此類工程可能引起的工程事故提前預(yù)防，高度重視由此引起的各種安全隱患，并通過(guò)科學(xué)的預(yù)測(cè)和經(jīng)驗(yàn)判斷出基坑施工可能引起地下管線變形及位移的程度，具有重要且深遠(yuǎn)的意義。

2　影響深基坑周圍管線變形的主要因素

深基坑開挖會(huì)導(dǎo)致影響范圍內(nèi)土體的應(yīng)力發(fā)生改變，它會(huì)打破原有的力學(xué)平衡，引起基坑周圍土體的移動(dòng)和變形，而這個(gè)移動(dòng)和變形與周圍鄰近的地下管線的安全是息息相關(guān)的，因?yàn)榛娱_挖引起的基坑周圍土體產(chǎn)生變形移動(dòng)也帶動(dòng)了地下管線產(chǎn)生變形和移動(dòng)。深基坑周圍地下管線的變形，歸根結(jié)底是由基坑開挖變形所致。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別從土層變化、基坑的水平位移、地表的沉降變化、管線剛度、下臥土層性質(zhì)、管線和周圍土體彈性模量的比值以及管線管徑的大小等多方面分析了基坑開挖對(duì)管線變形的影響因素：

1）深基坑開挖會(huì)引起周圍土層的變形和移動(dòng)，這個(gè)變形和移動(dòng)不是單向的，而是包括垂直和水平兩個(gè)方向，但兩個(gè)方向的變形和移動(dòng)量并不相同，對(duì)地下管線等工程設(shè)施的影響也不相同，通?；娱_挖產(chǎn)生的土層水平方向的變形和移動(dòng)量要大于垂直方向的影響［2］，因此，通過(guò)分析基坑周圍土層水平位移和垂直沉降的分布特性，可以預(yù)測(cè)出深基坑開挖的影響范圍，進(jìn)而可以判斷基坑開挖對(duì)周圍管線的影響程度。2）從地下連續(xù)墻基坑開挖過(guò)程中土體沉降沿基坑縱向的分布規(guī)律可以看到，地下管線埋設(shè)在墻后約1倍開挖深度范圍內(nèi)的，受到基坑開挖的影響會(huì)很大，此區(qū)域內(nèi)尤其在端頭的地下管線最易受到這種變形影響而導(dǎo)致破壞［3］。3）深基坑周圍地下管線的變形與其離基坑距離、管道埋設(shè)深度、所用的管材的剛度、埋設(shè)土層的性質(zhì)等密切相關(guān)。在其他條件都一樣的情況下，地下管線的自身剛度越大，其抵抗土體變形的能力就越強(qiáng)，但也會(huì)受到較大的反壓力，容易斷裂或爆裂；同時(shí)地下管線的變形和位移會(huì)隨著管線埋設(shè)的深淺有不同的影響，埋設(shè)越大變形的影響也會(huì)越?。还芫€埋設(shè)的下臥層土層的好壞對(duì)管線的變形影響較大，下臥層土質(zhì)力學(xué)性質(zhì)好的強(qiáng)度高，可以大幅度的減少地下管線的位移［3，4］。4）基坑周圍管線的變形和管線本身的大小和剛度相關(guān)，管徑大小對(duì)地下管線的變形影響起到一定的約束作用，當(dāng)?shù)叵鹿芫€的管徑小于400 mm時(shí)，在基坑開挖期間，地下管線的變形和移動(dòng)基本與下臥土體一起變形和移動(dòng)，而當(dāng)管徑大于400 mm時(shí)，就不是簡(jiǎn)單的地下管線隨土層變化而變化，而應(yīng)考慮地下管線和周圍土體的相互作用。5）在基坑周圍土體的總位移中大約有50%是由基坑支護(hù)的施工引起，基坑周圍土體的變形和沉降量與圍護(hù)設(shè)計(jì)的擋墻性質(zhì)，支撐的布置，支撐形式和剛度的選擇密切相關(guān)，同時(shí)也和開挖的方式、強(qiáng)度以及施工挖土步距等相關(guān)。

3　控制管線變形的措施

要想控制基坑周圍管線的變形，減少基坑開挖對(duì)其產(chǎn)生的危害，必須從設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面著手，首先，要在設(shè)計(jì)階段就采用變形控制的設(shè)計(jì)概念，嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算變形量，保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形在不影響周圍管線安全的范圍內(nèi)。其次，在施工過(guò)程中更要嚴(yán)格按照既定的施工方案，特別是要控制好挖土卸荷的步距和單次的卸荷強(qiáng)度。

3.1基坑設(shè)計(jì)采用變形控制的設(shè)計(jì)概念

在深基坑設(shè)計(jì)中，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶支撐的深基坑設(shè)計(jì)，應(yīng)重點(diǎn)考慮對(duì)圍護(hù)體變形產(chǎn)生影響的幾個(gè)主要因素，其中包括圍護(hù)墻體的剛度，圍護(hù)墻體的入土深度，支撐的剛度和所設(shè)位置，基坑整體平面形狀和尺寸，基坑底面以下土層的力學(xué)特性等五個(gè)方面：

1）控制深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的墻體剛度。深基坑圍護(hù)墻體的剛度直接影響整個(gè)基坑的變形總量，圍護(hù)墻體的剛度可通過(guò)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中樁間距的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)對(duì)樁徑的增減來(lái)完成，同時(shí)增減圍護(hù)結(jié)構(gòu)中止水帷幕或連續(xù)墻體的厚度都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圍護(hù)墻體剛度的控制，但這個(gè)剛度控制在設(shè)計(jì)當(dāng)中要綜合考慮，更要考慮工程投入的經(jīng)濟(jì)合理性，在確保能夠滿足變形控制的前提下，盡量要使用最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。

2）控制深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體入土深度。深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的高度是由結(jié)構(gòu)體本身決定的，但因?yàn)檫@個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻體是放置在土體環(huán)境中的，因此圍護(hù)墻體入土深度的多少對(duì)基坑的整體變形和穩(wěn)定性也至關(guān)重要，按照變形控制設(shè)計(jì)原則，在其他條件不變的情況下，根據(jù)具體工程的土層情況，選擇合適的插入比是變形控制的又一主要方面，對(duì)基坑變形控制要求較高的軟土地層的深基坑插入比要適當(dāng)選擇大的，對(duì)土層條件好或變形控制不是很高的基坑可以適當(dāng)選擇相對(duì)經(jīng)濟(jì)的插入比。

3）控制基坑圍護(hù)支撐的剛度。對(duì)于有水平支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，水平支撐的自身剛度和設(shè)置的位置都會(huì)影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體的變形程度，支撐剛度可以通過(guò)支撐截面大小的變化來(lái)控制，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體剛度會(huì)隨著支撐截面的增大而增大，圍護(hù)墻體的最大水平位移變化率也會(huì)減小，但水平支撐布置的豎向位置和其自身剛度對(duì)圍護(hù)墻體的變形速率的影響不是單一的，水平支撐對(duì)墻體變形明顯影響區(qū)域可能在墻頂，也可能在基坑底面附近，具體的哪種設(shè)計(jì)組合是設(shè)計(jì)工程需要的，設(shè)計(jì)過(guò)程中要根據(jù)周圍管線布設(shè)情況和要求的最大變形量綜合考慮選取。

4）控制基坑平面尺寸對(duì)整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響。基坑平面尺寸對(duì)圍護(hù)墻體最大水平位移的影響和基坑的長(zhǎng)寬比密切相關(guān)，當(dāng)基坑長(zhǎng)寬比達(dá)到1.25時(shí)基坑圍護(hù)的變形會(huì)達(dá)到最小，因此在可能的條件下，盡量在設(shè)計(jì)中控制基坑的長(zhǎng)寬比，對(duì)于不能改變長(zhǎng)寬比的基坑，也可通過(guò)水平支撐的合理設(shè)置來(lái)改變長(zhǎng)寬比對(duì)基坑變形的不利影響。

5）考慮基坑底面下土層的力學(xué)性質(zhì)對(duì)變形的影響。由于不同的基坑所處的地理位置不同，所在土層也不盡相同，特別是土層的抗剪強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)會(huì)有區(qū)別。但實(shí)際上，抗剪強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)直接影響圍護(hù)墻體和開挖影響區(qū)域內(nèi)土體的位移情況，當(dāng)土體抗剪強(qiáng)度增大時(shí)，圍護(hù)墻體的位移會(huì)隨之減小。若基坑底面所處土層抗剪強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)局部加固等措施提高土體的整體力學(xué)性質(zhì)，從而滿足基坑變形控制的需要。

3.2施工過(guò)程中控制基坑變形

施工過(guò)程中的質(zhì)量控制、施工工序的遵守、各工序的協(xié)調(diào)管理、信息化施工的執(zhí)行情況、施工場(chǎng)地違規(guī)堆載等都會(huì)對(duì)深基坑的實(shí)際變形有很大影響。在實(shí)際開挖施工過(guò)程中，控制基坑變形不超過(guò)設(shè)計(jì)的變形的要求，就必須注重如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

1）施工過(guò)程一定要遵守已經(jīng)制定好的施工挖土方案，按照規(guī)定的挖土步距和卸荷強(qiáng)度，進(jìn)行基坑開挖，挖土的步距和卸荷強(qiáng)度一定要通過(guò)基坑設(shè)計(jì)的復(fù)核，從而保證施工的卸荷強(qiáng)度和設(shè)計(jì)計(jì)算相一致，從而控制開挖過(guò)程中的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍土體的變形。

2）各施工工序要協(xié)調(diào)管理安排，在基坑挖土達(dá)到施工要求的工作面后，后續(xù)工作馬上連續(xù)開展，不讓土體長(zhǎng)時(shí)間處于卸荷暴露狀態(tài)，盡快完成相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)和地下室結(jié)構(gòu)體的施工，避免因?yàn)楹罄m(xù)工作沒(méi)跟上而造成基坑暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生附加變形。

3）基坑開挖和地下室結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，要運(yùn)用信息化管理施工，重視基坑開挖過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變形的異常情況和可能存在的工程風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)對(duì)后續(xù)施工方案的調(diào)整和技術(shù)措施的選用，把工程風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)周圍環(huán)境的影響降到最低。

4）在基坑開挖和地下室結(jié)構(gòu)體施工的過(guò)程中，嚴(yán)格控制基坑周圍的不合理堆載，避免在基坑周圍堆載過(guò)大引起附加基坑變形，形成基坑圍護(hù)的安全隱患。

4　結(jié)語(yǔ)

影響深基坑周圍管線變形的主要因素很多，深基坑的變形和附帶的周圍土體的變形情況直接影響周圍管線的變形和位移，而決定基坑變形的程度主要由基坑的設(shè)計(jì)和施工兩方面控制，首先設(shè)計(jì)應(yīng)該采用變形控制的設(shè)計(jì)概念，從設(shè)計(jì)本身控制住基坑的變形量，然后在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制施工過(guò)程，避免不合理施工造成的基坑開挖變形加大和工程安全隱患的出現(xiàn)，只有控制了這兩個(gè)方面，基坑周圍管線的變形才能在允許的范圍內(nèi)，管線的安全才能夠得到保障。

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Study on the influence and control of deep foundation pit on the deformation of surrounding underground pipelines

Zhu Huiliang
（Zhejiang General Office of China Building Materials Industry Geological Prospecting Center，Hangzhou 310022，China）

Abstract：Through the analysis on deep foundation pit deformation problem，this paper discussed the main factors influence of deep foundation pit surrounding pipeline deformation，and from the deep foundation pit design，construction two aspects，put forward the measures control of deep foundation pit surrounding pipeline deformation，ensured the safety surrounding environment in deep foundation pit construction process.

Key words：deep foundation pit，underground pipeline，deformation，displacement

中圖分類號(hào)：TU476

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-6825（2016）06-0073-03

收稿日期：2015-12-15

作者簡(jiǎn)介：朱惠良（1964-），男，高級(jí)工程師