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沈阳地铁松花江街站基坑降水引起的地面沉降及控制措施研究

马跃  
【摘要】:近些年来,随着高层建筑的地下室、地下车库、地铁车站等工程越来越多,在施工过程中不可避免地需要开挖基坑。在基坑开挖过程中,必须对地下水进行合理的控制。现阶段在深基坑施工中遇到地下水问题时,应用较广泛且技术比较成熟的方案就是基坑降水。而基坑降水将不可避免的会对周围环境产生影响,极有可能引发地面沉降。本论文依托沈阳市地铁十号线工程,选取松花江街站基坑工程降水实例,研究在沈阳地区典型地质条件下,基坑降水引起地层中土体沉降变形的机理,并分析相关变形规律,提出控制措施,得出以下结论。结合国内外的研究现状,对基坑工程中地下水的不良作用进行了分析,总结了基坑工程中进行降水的不同方法及其适用条件,针对由降水引起的地面沉降,归纳提炼了其计算方法。对渗透理论与固结理论的推导过程进行了深入分析,将太沙基固结理论与比奥固结理论进行了对比。结果表明,太沙基理论可以根据孔隙压力的变化推导出给定时间点的固结度,得到沉降量,但这一结果仅是主固结沉降且为近似解。比奥理论则在计算孔隙压力的同时,还可以求解位移变化,即初始沉降与主固结沉降,但不能求解次固结沉降。比奥理论的计算方法比太沙基理论的间接估算更符合实际。根据沈阳地铁松花江街站的勘察资料,论述了松花江街站的工程地质与水文地质条件,给出了各土层的物理力学指标。在此基础上对松花江街站基坑降水方案进行了设计。经计算,降水井数量设计为30眼。对降水施工方案及周围环境监测提出了具体的技术要求。根据降水设计方案,应用理正深基坑计算软件对降水引起的地面沉降量进行了计算。结果表明,最大降深与最大沉降均出现在基坑中部,随着与基坑中部距离的增加,降深与沉降均逐渐减小,呈漏斗形分布。在基坑降水边界以外,降水引起的地面沉降绝对值较小且不均匀沉降不明显,基坑降水对已有建筑物的影响较小。因此松花江街站基坑降水设计方案合理可行,可据此进行施工,在施工期间应加强沉降观测。结合工程实际,对影响地面沉降的因素进行了分析。影响因素主要有土体基本结构、固结历史、初始地下水位及降水井布设方式、降水时长、单井涌水量等。针对这些影响因素,相应地提出了减小沉降的措施,包括合理布置井点、采取止水围护结构、控制降水速度、减少基坑周围荷载、加强施工期间的监测预报等,以保证施工期间基坑及周边环境的安全。本文得出的相关结论可以指导实际工程施工,但还存在一些不足。建议在工程施工过程中进一步深入研究,结合多种研究方法,建立一套能综合考虑基础埋深、基坑降水、支护结构形式及场区周围环境综合状况的沉降评价、预测系统,以充分指导工程实践。


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