某隧道明挖段基坑施工对周边环境的影响评估

影响评估

莫其山1，傅鹤林2，陈雷2

广东广州511400；2.中南大学，湖南长沙410075）（1.中铁隧道局集团有限公司，

摘要：某隧道是1条市政隧道由明挖暗埋段和沉管段组成。明挖段跨度大，基坑深，对周边环境影响很大。

文章在数值模拟分析的基础上，揭示了基坑施工对周边环境的扰动影响，并提出了相应的风险控制措施，为基坑安全施工提供技术支持。

关键词：隧道基坑；数值模拟；施工；环境影响；措施中图分类号：U456

文献标识码：A

文章编号：1006-8937（2019）08-0001-05

DOI：10.14165/j.cnki.hunansci.2019.08.001

ImpactAssessmentofFoundationPitConstructiononSurrounding

EnvironmentinOpen-cutSectionofaTunnel

MoQi-shan1，FUHe-lin2，CHENLei2

（1.ChinaRailwayTunnelBureauGroupCo.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong511400，China；

2.CentralSouthUniversity，Changsha，Hunan410075，China）

Abstract：Atunnelisamunicipaltunnelconsistingofopen-cutburiedsectionandimmersedpipesection.Open-cutsectionhasalongspananddeepfoundationpit，whichhasagreatimpactonthesurroundingenvironment.Basedontheanalysisofnumericalsimulation，thispaperrevealedthedisturbanceeffectoffoundationpitconstructiononthesurroundingenviron-ment，andputforwardcorrespondingriskcontrolmeasures，whichprovidetechnicalsupportforthesafeconstructionoffoun-dationpit.

Keywords：Tunnelfoundationpit；Numericalsimulation；Construction；Environmentalimpact；Measures

1概述

某隧道由明挖暗埋段和沉管段组成。明挖段跨度

措施提供技术支持。

2模型构建及工况分析

根据某隧道设计资料，开挖基坑宽度为40m，基坑

大，基坑深，对周边环境影响很大。为了减小基坑开挖对周边环境的影响。本文拟在数值模拟分析的基础上，揭示基坑施工对周边环境的扰动影响，为采取合适的工程

深度14m，采用围护桩形式，桩体嵌固深度7m。12层混凝土建筑距离基坑最小距离为5m，采用桩基础，桩基础

收稿日期：2019-06-13作者简介：莫其山（1982—），男，青海互助人，大学本科，工程师，主要从事隧道与地下工程施工工作。通讯作者：傅鹤林（1965—），江西高安人，博士，教授、博导，研究方向：隧道与岩土工程教学与科研。基金项目：国家自然科学重点基金资助课题“城市盾构隧道结构安全动态风险控制机理与方法”（51538009）；中铁隧道集团科技创新计划“临江复合软土地层旁建干坞深基坑稳定性技术研究”

2

企业技术开发

2019年8月

入土15m；别墅距离基坑最小距离为3m，采用扩大基础。由此构造最不利情况下的数值计算模型，取基坑左右各一倍基坑宽度作为影响范围，计算模型横向取120m水平方向位移，，沿隧道延伸方向取前后边界约束7m，竖向取y方向纵向位移，30m。左右边界约束底部边x界约束z向位移。上部荷载转化为均布荷载分布在基础表面，其中，混凝土建筑荷载转化为大小为2.5×106均布荷载，别墅转化为大小为1×105及土层分层信息，如图1、图2所示。

Pa的均布荷载，Pa模型的图1模型及土层分层信息

图2建筑物基础图

基坑开挖工况根据建筑基坑设计规范，每到开挖至支撑标高下0.2m处，具体开挖工况，见表1。土层参数选择依从表1，各基础及围护桩按照混凝土设计规范中选取参数。

表1K10+920-K11+015段基坑开挖工况工况号施工情况标高支撑形式1开挖2加撑/3开挖-1.8-2mm混凝土支撑4加撑/5开挖-5.8-6m钢支撑6加撑-10mm7开挖

-9.8钢支撑/-14mm/分析结果，如图3～图18所示，结合图3～图18，得到基坑开挖时基础沉降曲线，如图19所示。

基坑围护结构水平位移、垂直位移、地面沉降、建筑物沉降大小，均随着基坑开挖深度的增加而增大，见表2质板岩，。当开挖工况是基坑围护结构主要的持力层，3至工况4时，开挖土体范围为全风化泥在此工况中，持力层的开挖减小了围护结构的水平承载力，导致墙体的水平位移急剧增加，间接导致墙背的土体发生较大的位

图3工况1墙顶沉降云图

图4工况2墙顶沉降云图

图5工况3墙顶沉降云图

图6工况4墙顶沉降云图

图7工况1墙顶水平位移

第38卷第8期莫其山，等：某隧道明挖段基坑施工对周边环境的影响评估

3

图8工况2墙顶水平位移图9工况3墙顶水平位移图10工况4墙顶水平位移图11工况1基坑沉降云图图12工况2基坑沉降云图图13工况3基坑沉降云图

图14工况4基坑沉降云图

图15工况1基础沉降云图

图16工况2基础沉降云图

图17工况3基础沉降云图

4

企业技术开发

2019年8月

移，引起地表产生较大的沉降。因此在这一施工步骤期间，应加大对各项指标的监测，防止各监测指标变化速度过快发生破坏。各监测指标中围护结构的累计变形量，远小于其对应的累计报警值，但地面沉降接近累计报警值，富余量较小，同时，建筑物沉降量已经超过累计报警值，原有的施工条件不能满足建筑物的安全，因此，在基坑开挖前，应该对建筑物周围采取注浆加固的

图18工况4基础沉降云图

措施，在施工过程中，应对深基坑周边地面沉降及建筑

（a）别墅基础沉降曲线

图19基础沉降曲线

（b）高层混凝土基础沉降曲线

物沉降进行实施监测，当指标接近报警值时应及时停工，施作加固措施。

表2各工况下监测数据

工况号1234围护桩顶

垂直位移0.44mm0.58mm2.83mm0.4mm围护桩顶水平位移1.3mm3.1mm12.9mm3.6mm

地面最大沉降0.8mm1.2mm2.3mm16mm建筑物沉降0.33mm0.52mm2.81mm15.6mm3.1明挖段施工安全风险清单

明挖段基坑施工主要风险事件有：基坑坍塌、围护

结构渗漏、坑底隆起破坏、围护结构大变形、管涌、流砂、周边环境影响。

某隧道明挖段施工安全风险清单，见表4。3.2

明挖段施工风险控制措施

为保证深基坑施工安全，并考虑到本工程支挡围护明挖段地下水丰富，且附近管线及建筑物较多，施工必须对场地孔隙潜水及有影响的承压水进行处理。对孔隙潜水和承压水的处理，采用在钻孔桩桩间设置Φ800高

累计报警值24mm24mm17mm15mm该工程的监控量测设计规定基坑沉降值，见表3。

表3沉降控制指标

序号1234监测项目围护桩顶垂直位移围护桩底水平位移

地面沉降建筑物沉降

日报警值3mm3mm3mm2mm压旋喷止水桩，旋喷止水桩进入全分化岩层不小于1.5m，并结合深基坑坑底降水的处理措施，疏干基坑内的地下水，达到无水作业、稳定基坑的目的，坑底采用坑内降水，降水深度应达到基坑底以下0.5m。以降低维护结构渗漏水、管涌、流沙及环境影响风险。3.3

明挖段残余风险

针对某隧道工程支挡围护明挖段风险较高处，采取相应的风险控制措施，评估后，得到围护明挖段残余风险等级，见表5。

综合上述模拟结果可知，基坑开挖施工过程对建筑物沉降及地面沉降影响较大，其次，是围护结构的水平位移。

3明挖段施工风险控制

第38卷第8期莫其山，等：某隧道明挖段基坑施工对周边环境的影响评估

表4某隧道明挖段施工安全风险清单表

5

序号风险事件风险产生原因基坑深度很深；

地下水位高、透水性强；

软土地层。地面超载过大；支撑不及时；基坑深度很深；地下水位高、透水性强。隔水帷幕达不到要求；

承压水头过大；

主体结构接缝防水不足。

坑内土体高差大；

软弱地层。基坑深度很深；地下水位高、透水性强；

软弱地层；地面堆载过大；支撑不及时；围护结构刚度过小。基坑深度很深；临近管线分布复杂；

施工失误。基坑深度很深；地下水位高、透水性强；隔水帷幕深度不够；承压水头过大。基坑深度深；地下水位高、透水性强；

软弱地层。地面堆载过大；支撑不及时；

坑外水位降深且不稳定；围护结构刚度过小；监控量测不到位；建筑物抵抗变形较差；建筑物保护措施不当；

影响交通便利。

险源类别地质因素地形因素

后果①人员伤亡②耽误工期

1

基坑坍塌

2

支护结构渗漏水

地质因素施工因素

①耽误工期②影响运营安全①耽误工期②影响施工安全①耽误工期②人员伤亡①耽误工期②第三方损失①耽误工期

3

坑底隆起破坏

设计因素地质因素施工因素

4

基坑大变形

地质因素设计因素施工因素设计因素施工因素

5

管线破坏

6

管涌、流砂地质因素

7

环境影响

地质因素

设计因素施工因素

①耽误工期②第三方损失

表5某隧道明挖段施工安全残余风险等级表

里程

风险因素

风险事件基坑坍塌

风险控制措施

土方开挖方案切实可行，分段开挖，及时

封闭，支护结构变形检测

地层进行加固、注意监控加强基坑支护结构监控，受力分析查明地下管线，制定保护措施孔隙潜水和承压水处理，基坑降水

加强监测、制定加固方案

土方开挖方案切实可行，分段开挖，及时封闭，支护结构变形检测

地层进行加固、注意监控加强基坑支护结构监控，受力分析查明地下管线，制定保护措施孔隙潜水和承压水处理，基坑降水

加强加测、制定加固方案

初始风险等级概率后果风险2211212211111131122222112221二一一一二一二二一一一一一一

基坑最大开挖深度为16.63m，开挖

深度较大；

基坑开挖范围内揭露为填筑土、黏土、全风化泥质板岩；

雨季基坑坑底位低于地下水位；

K10+920-地面堆载过大；

K11+015

支撑不及时；

围护结构刚度过小；监控量测不到位；临近管线破损；雨季施工。本段基坑最大开挖深度为10.12m，开挖深度较大；

基坑开挖范围内揭露为填筑土、黏土、全风化泥质板岩；

雨季基坑坑底位于地下水位以下；

K11+015-地面堆载过大；

K11+025

支撑不及时；

围护结构刚度过小；监控量测不到位；临近管线破损；雨季施工。

围护结构渗漏水地层进行加固、做好排水设施、注意监控坑底隆起破坏基坑大变形管线破坏管涌、流砂周边环境影响基坑坍塌

围护结构渗漏水地层进行加固、做好排水设施、注意监控坑底隆起破坏基坑大变形管线破坏管涌、流砂周边环境影响

（下转第8页）

8

企业技术开发

2019年8月

温烟气作为热能，也实现了对渔船内食品海鲜的冷藏需求[3]。

4结语

本文分析了现阶段冷藏车的制冷形式及其缺点，提

出了一种节能减排的冷藏车的制冷方式，并且介绍了这种氨水吸收式制冷及其优点。最后，对冷藏车中利用氨水吸收式制冷的可行性进行了探讨，得出可以在冷藏车中使用氨水吸收式制冷的结论。

图3不同废热温度对应三种制冷方式的功率

参考文献：

[1]戴永庆，耿惠彬.日本氨吸收式制冷机近年发展综述[J].

制冷技术，2001，（3）：7-11.

[2]倪锦，顾锦鸿，沈建.渔船氨水吸收式制冷系统的建模和

理论运行特性分析[J].渔业现代化，2012，39（2）：54-58.2007，34（2）：54-59.

[3]陈可.渔船烟气余热吸附式制冷技术[J].渔业现代化，

制冷回收废热的研究方向，重点在渔船发动机废热的回收利用上。根据渔船实际工作需求和节能减排的思想，模拟用于渔船发动机废热回收的氨水吸收式制冷系统，得到的计算数据证实渔船氨水吸收式制冷，可以节能减排并能满足渔船对一定容量海鲜的冷冻冷藏需求[2]，双吸附器冷水管内的吸收式制冷剂，回收渔船的发动机高

（上接第5页）监测。

参考文献：

[1]张治国，赵其华，白乔木，等.饱和土中考虑衬砌界面排水

38（9）：1595-1605.

的浅埋盾构隧道开挖影响分析[J].岩土工程学报，2016，

4结语

①基坑围护结构水平位移、垂直位移、地面沉降、建②基坑快开挖至基底时，各个监测数值发展迅速，

筑物沉降大小，均随着基坑开挖深度的增加而增大。

[2]肖盛燮，王平义.模糊数学在土木与水利工程中的应用[3]李新志，李术才，李树忱.浅埋大跨度隧道施工过程地表（S1）：3348-3353.

[4]叶林.浅埋大跨度隧道施工对地表沉降影响的研究[D].贵

阳：贵州大学，2017.

[5]熊周余.浅谈深基坑地下连续墙涌水涌砂防治方法[J].浙

江建筑，2017，34（5）：12-16沙：中南大学，2019.

[6]陈雷.大断面超浅埋连拱隧道工程安全风险评估[D].长

[M].北京：人民交通出版社，2004.

具有突变性，施工过程中应该加大监测力度。基坑开挖围护结构的水平位移。

及明挖施工对周边建筑物影响的风险，同时，对于水位较高的区段，应保证高压旋喷止水桩的质量，避免围护结构渗漏水的现象。

做好基坑支护，并对支护结构受力及变形进行实时

施工过程对建筑物沉降及地面沉降影响较大，其次，是

③支挡围护明挖段的施工中，应特别注意基坑坍塌

沉降变形特征研究[J].岩石力学与工程学报，2011，30

④雨季施工做好排水设施，施工开挖过程中，及时