摘 要: 为保护地铁沿线的建筑物，并给地铁以及地铁附近地下空间的设计提供参考，本文提出了建筑的地下空间竖向影响深度分析的模型，在利用建筑物资料与工程勘察数据的基础上，采用地理信息系统软件 ArcGIS，得出了建筑物基础的竖向影响深度。并通过对某沿海城市某区域的建筑物的地下竖向影响深度分析，得出了影响深度与建筑物层数以及地质条件的具体关系，为地铁的设计和沿线地下空间的开发利用提供了很有价值的指导意义。

关键词: 地铁; 建筑物; 影响深度; ArcGIS

 

      随着我国经济发展，许多城市的规模正在迅速地扩大，为解决城市发展中出现的交通、生态环境等问题并提高防灾能力^［1］，地下空间得到了大规模地开发利用，尤其是地铁。而目前城市地铁兴建过程中，不可避免地出现了很多问题，比如盾构穿越邻近桩基使建筑物产生大面积沉降，甚至是在隧道规划位置存在桩基使得施工难度增大等等。所以为了合理地规划地铁位置，指导地铁沿线的地下空间开发，降低地铁的施工难度，很有必要对沿线建筑对地下空间的竖向影响深度进行分析。

 

      根据地基基础影响理论^［2］，地下空间开发范围一般必须与原有建筑物保持一定的水平距离和垂直距离，本文仅对竖向的影响深度进行分析。由于建筑物资料的缺失，很难得到建筑物基础的原始数据。因此，本文结合建筑物的层高和地质条件，通过建立数学模型和利用 ArcGIS 软件^［3］，来推算建筑的竖向影响深度范围。

      设定此影响深度为基础( 包括天然基础以及桩基础) 的埋深与基础下的压缩层厚度之和。模型分四步建立。( 以下表格资料均基于该城市当地经验值)

      ( 1) 天然地基统一取埋深 h_T= 5 m。

      ( 2) 桩基的埋深可从表 2 得到。

      具体方法是根据建筑桩基技术规范^［4］大致估算: 对于不同层数的建筑物，从距离最近的钻孔数据中从上向下检索，以最先遇到的表中右栏中的土层的埋深加上 2 m 作为桩基埋深 h_Z。如果该持力层厚度小于 3 m，应判断其下卧土层是否也可作为持力层，若是持力层，则厚度可累加; 否则从下一持力层起重新算埋深。

      如表3 所示。天然地基自基底即5 m 起算，桩基础自持力层 +2 m 起算。

      天然地基地下影响深度: h = h_T+ h_Y;

      桩基地下影响深度: h = h_Z+ h_Y。

 

      本文对某沿海城市市区某区域进行建筑物的竖向影响深度分析，该区域的范围由大华路、玉隆路、局前街、红梅路及京杭运河围成，如图 1 所示。区域的轨道交通沿线用地规划如图 2 所示，规划有轨道交通一号线和轨道交通二号线，并包括两个车站，分别是一个换乘站和一个标准站。用地类型多样，主要有商业办公用地、文化娱乐用地、绿地，并配有少量的居住用地、文物古迹用地等。总体规划中确定该区域为将来地下空间重点开发的区域。

      由岩土工程勘察规范^［4］和当地经验，可得当地的岩土类型分级标准( 表 4) ，再根据地质勘察资料，可判定研究区域的岩土类型均为 IV 类。

      对应 IV 类岩土类型，根据表 1 的地基基础的判定方案，判定研究区域内的所有建筑均为桩基。

由钻孔资料与岩土类型分级标准( 见

      桩基的基础埋深与建筑物特征和持力层有关，本文利用建筑物层数作为建筑物的主要特征。首先根据表 2 把建筑按层数分类，如图 3。

      持力层埋深则基于当地规划设计院提供的钻孔资料，选取其中具有代表性的 19 个钻孔，利用ArcGIS 软件对该区域进行分析。根据钻孔资料可以确知该区域出现在表 2 中的持力层有 5-1，5-2，5-3，7-2，8-1，8-2，9-2，9-3。运用软件中的地理统计分析模块，对各个持力层的埋深进行插值，得到各地层在区域埋深的分布图，如图 4 和图 5 所示( 限于篇幅，仅选择 5-1，5-2 地层的分布图示意) 。

      根据表 3，利用软件计算压缩层的厚度，并分析区域的压缩层厚度分布，成果如图 6 所示。

      把各个建筑对应持力层的埋深加上桩基嵌入持力层的深度2 m 作为基础埋深，然后与图6 中相应的压缩层厚度求和，得到建筑物对地下空间的竖向影响深度分布图，如图 7。

      在 ArcScene 中建立建筑物的三维模型，如图8。然后根据前面所得影响深度分布图，同样可以建立类似的三维效果图，分别为图 9( 地上视角) 和图 10( 地下视角) 。

      本研究成果( 图 7) 对城市的地下空间规划有很好的指导意义。

      对于该研究区域，本文中主要分析成果如下:

      ( 1) 对地铁的选线有很大的指导意义。图 11所示的横向地铁线由延陵西路沿西穿越到怀德中路时，为满足轨道交通线路设计的曲率半径^［5］，必须穿越 A 地块下面。考虑到施工难度以及对区域内建筑物的保护，该地块上的建筑对地下空间的影响深度将在一定程度上决定地铁线路的纵向线型。

      而在地铁开挖时如果出于别的因素考虑，不得不近距离穿越基础时，以上分析也可以预先估计施工难度，并作好相应的施工准备。

      ( 2) 对该区域内的地下建筑设施的设计与施工有很大的帮助。区域内包括有一个地铁换乘站和一个标准站，且根据总体规划，这块区域是将来地下空间重点开发的区域。显然，换乘站将作为一个附近地下空间的枢纽来开发，引入各类地下建筑如停车场、商业中心等成为必然的选择。而通过对竖向影响深度的分析，可以避开困难的施工区域，合理地选择地铁站与地下商业设施的连接方式，解决出入口的设置问题等等。

      ( 3) 以上分析成果还可为地铁建设单位与沿线建筑物所有者建立保护与赔偿的协议提供必要的依据。

 

      目前，国内的大城市正在积极地开发地下空间这块宝贵的资源，开发的主要形式为地铁。而在地铁开发中出现了不少问题，其中部分是初期研究不够导致的。

      对建筑物基础影响深度的分析可为将来的地下空间规划及开发提供很好的建议，同样也能指导地铁的设计与施工。

 

［1］ 陈志龙，王玉北． 城市地下空间规划［M］． 南京: 东南大学出版社，2005． ( Chen Zhilong，Wang Yubei． The planning of city underground space ［M］． Nanjing: Southeast University Press，2005． ( in Chinese) )

［2］ 袁聚云，李镜培，楼晓明，等． 基础工程设计原理［M］． 上海: 同济大学出版社，2004． ( Yuan Juyun，Li Jingpei，Lou Xiaomin，et al． Principle of foundation engineering design ［M］． Shanghai: Tongji University Press，2004． ( in Chinese) )

［3］ 吴秀芹，张洪岩，李瑞改，等． ArcGIS 9 地理信息系统应用与实践［M］． 北京: 清华大学出版社，2007． ( Wu Xiuqin，Zhang Hongyan，Li Ruigai，et al． Application and practices of ArcGIS9 Geo Info system［M］． Beijing:Tsinghua University Press，2007( in Chinese) )

［4］ 中华人民共和国住房与城乡建设部． 建筑桩基技术规范［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，2008． ( Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China． Technical code for building pile foundations［S］． Beijing: China Architecture ＆ Building Press，2009． ( in Chinese) )

［5］ 中华人民共和国住房与城乡建设部． 岩土工程勘察规范［S］． 北京: 中国建筑工业出版社，2009． ( Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China． Code for investigation of geotechnical engineering［S］． Beijing: China Architecture ＆ Building Press，2009． ( in Chinese) )

［6］ 张庆贺，朱合华，庄荣． 地铁与轻轨［M］． 北京: 人民交通 出 版 社，2006． ( Zhang Qinghe，Zhu Hehua，Zhuang Rong． Subway and train［M］． Beijing: People Transport Press，2006． ( in Chinese) )