某砂卵石快鐵深基坑支護結構變形研究

【摘要】近年來地鐵工程施工不斷增多，由于對專業(yè)性和技術性要求都較高，而且施工通常都需要進行地下作業(yè)，施工難度較大，深基坑施工在地鐵工程施工中具有十分重要的地位，一旦其支護結構發(fā)生變形，極易給工程帶來較大的影響。文中通過對某砂卵石快鐵深基坑開挖過程進行數(shù)值模擬分析，研究其在開挖過程當中的變形規(guī)律，并將模擬結果與實測數(shù)據(jù)進行對比分析，得出其變形規(guī)律，為解決類似的砂卵石快鐵深基坑中的巖土工程問題積累經(jīng)驗。

1、前言

近年來，隨著我國城市化建設進程的發(fā)展，城市交通擁擠已成為當前城市發(fā)展過程中極需解決的重要問題，在這種情況下，我國部分大中型城市加快了地鐵建設的進程。我國地鐵建設進入了快速發(fā)展階段。地鐵通常都是在地下進行興建，地下作業(yè)工程較多，這就不可避免的需要進行深基坑施工。地鐵深基坑施工中，對深度和寬度的要求都較高。但地鐵工程一般都需要在城市中進行施工，建筑物較為密集，而且施工場地也受到較大的限制，在這種情況下，進行基坑施工會遇到較多的問題，如缺乏放坡的空間，支護結構容易發(fā)生變形，基坑開挖時會對周圍環(huán)境帶來較大的影響等，這些問題的存在，需要在地鐵設計和施工時進行特別的關注。否則極易在深基坑施工過程中引發(fā)安全事故。

2、工程概況

該工程的沿線部分都處于冰水和流水堆積的地貌，其地勢較為平坦，地形開闊沒有多大的起伏，但整個工程的沿線都有較多的建筑物和構筑物，人口較多，處于交通繁忙地帶。地鐵車站的要求總長255.6m，最大埋深14.5m，車站底板埋深11.8～17.65m?；訉挾葹?7.95～59m。挖孔灌注樁樁徑1.2m，樁間距2.4m，鋼支撐Φ600mm（壁厚t=14/16mm），其余地段采用土釘墻支護。土釘墻噴射150mm厚C20混凝土，掛Φ8@200×200的鋼筋網(wǎng)。本站所有結構采用明挖法施工。開挖基坑約255m，寬60m，深約12.5m。

3、基坑變形的監(jiān)測方案

為了確?；娱_挖的順利進行和基坑周圍建筑物、地下管線的安全，在此基坑的開挖過程當中進行了全程監(jiān)測，監(jiān)測的項目有7個：1）圍護樁樁頂水平位移監(jiān)測；2）土體側向位移監(jiān)測；3）地面沉降監(jiān)測；4）車站基坑地下水位監(jiān)測；5）內支撐結構軸力監(jiān)測；6）側向土壓力監(jiān)測；7）圍護樁鋼筋應力監(jiān)測；8）周邊建筑物裂縫監(jiān)測。

4、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

選擇開挖寬度為30m，開挖深度為17.5m截面為研究對象。

4.1樁體的位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。在整體基坑開挖工程結束后，通過對樁體的水位位移值的監(jiān)督發(fā)現(xiàn)其值為9.67mm，而且位移多發(fā)生在樁體的中部位置，而且在基坑整體開挖過程中，無論是在淺位置開挖還是深度不斷加大的情況下，各部位的水平位移值都處于規(guī)定的標準范圍內，沒有超出。由此可以判斷出基坑處于安全狀態(tài)下，其支護結構在設計上也較為合理。

4.2地表沉降數(shù)據(jù)分析。車站的監(jiān)測時間為2009年12月3日到2010年7月25日，均勻選取其中13個地表沉降監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)分析。該車站最大的沉降量僅為8-9mm，距報警值20mm相差比較大，對整個車站基坑的施工影響??；沉降量變化趨勢較大是在基坑開挖但還沒架鋼支撐的時間段；觀測點11、12、13號處因為有高大建筑物，所以沉降比其它的地方稍大，但不影響基坑開挖，支護結構的支護作用成功。

5、基坑變形的有限元模擬

5.1地層簡化其計算參數(shù)。在模擬中土體模型采用土的理想彈塑性模型，其破壞準則服從莫爾-庫侖（Mohr-Coulomb）準則。因為是進行二維的平面分析，根據(jù)剛度相等的原則，將樁體等效成地下連續(xù)墻，鉆孔灌注樁直徑為1200mm，樁間距為2400mm，設等加厚的地下連續(xù)墻體的厚度為h，于是按兩者剛度相等的原則可算得： mm。所以把鉆孔灌注樁等價成厚度為800mm的地下連續(xù)墻考慮。

5.2開挖過程的有限元模擬。在本次基坑開挖數(shù)值模擬中，分四次開挖，架三道鋼支撐，按照施工工序和簡化計算模型的要求，將整個模擬計算分為八個工況，分別為：第一工況：計算開挖前的初始地應力；第二工況：開挖離地面標高1.5m；第三工況：在離地面標高0.5米處設置第一道鋼支撐；第四工況：開挖離地面標高5.5m；第五工況：在離地面標高4.5m處設置第二道鋼支撐；第六工況：開挖離地面標高9.5m，第七工況：在離地面標高8.5m處設置第三道鋼支撐；第八工況：開挖離地面標高12.5m，開挖至坑底。

5.3數(shù)值模擬結果分析。5.3.1 地面沉降模擬結果分析。基坑開挖對地面沉降的影響范圍大致為基坑開挖深度的兩倍，而在開挖深度的一倍范圍內影響較大。在具體的施工過程中，為了掌握基坑開挖對臨近建筑物的影響，對相鄰建筑物進行觀測，最大的沉降量為0.78mm，證明此工程的支護結構安全合理。5.3.2 基坑底部隆起模擬結果分析。綜合分析各開挖步隆起值曲線，每步開挖都會造成基坑底部隆起量值增加，并且每步開挖所形成的隆起值分布曲線形狀近似，在基坑開挖完成后，坑底隆起量的最值迅速增大到76mm，隨著距離基坑邊緣距離的增加，基坑底部隆起的量值也逐漸增大，然而增大的幅度逐漸降低，到了坑底的中部達到最大值。

5.4鋼支撐軸力實測結果與計算結果的對比分析。重點分析第一層鋼支撐和第二層鋼支撐在各工況下的軸力變化，計算結果和監(jiān)測結果比較曲線如下圖所示。

從上圖中看到計算值的變化趨勢跟監(jiān)測值的變化趨勢大致吻合，鋼支撐在架設之后軸力有增大的趨勢，但隨著下一道鋼支撐的架設，其軸力又慢慢穩(wěn)定下來，最后趨于平衡。

5.5結語：本文完成了某砂卵石快鐵車站深基坑在支護結構變形方面的研究，完成了現(xiàn)場的監(jiān)測工作，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，同時將有限元模擬的結果與實測結果進行充分的對比分析不難看出，此項工程的地表沉降量較小，沒有發(fā)生大的沉降，施工中對基坑周圍的環(huán)境沒有帶來多大的影響，支護結構充分的發(fā)揮出了有效的作用。在該項工程具體的施工過程中，在土體開挖深度不斷加大的情況下，基坑支護結構的變形量不斷的增加，這時候鋼支撐充分的發(fā)揮出了有效的內撐作用，其水平位移量沒有超出規(guī)定的標準。所以在基坑開挖時要及時進行鋼支撐的加高，充分的將鋼支撐的內撐作用充分發(fā)揮出來，及時保護起新開挖的土體。通過對基坑開挖數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，隨著基坑開挖深度的增加，基坑土體的總位移量不斷加大，當開挖到基底時，則總位移量達到最大，所以在施工中要加以控制，使其控制在規(guī)范要求標準范圍。