地鐵車站基坑圍護結構及其施工監(jiān)測探究

李哲

近年來，隨著地鐵建設項目的不斷增多，基坑工程也迅速增多。在地表以下所開挖的地下空間以及相應的配套支護體系就是基坑工程，而基坑圍護結構屬于一種臨時性結構，其主要目的在于保障基坑開挖的安全性。由于地鐵車站多建設在城市繁華區(qū)域，一旦地鐵車站基坑圍護結構出現(xiàn)問題，則直接危及到周邊建筑物和公共設施的安全。因此做好地鐵車站基坑圍護結構的施工監(jiān)測，確?；庸こ痰陌踩€(wěn)定性意義深遠。

1 地鐵車站基坑圍護結構的施工特點

地鐵車站基坑圍護結構的工程規(guī)模和結構復雜性都顯著區(qū)別于普通的基坑工程，原因在于：①地鐵工程屬于交通建設工程，其不僅要求較好的結構強度和穩(wěn)定性，還需要實現(xiàn)最基本的交通運輸功能。加之地鐵施工中地下作業(yè)繁多，挖掘數(shù)量也十分大，施工結構極為復雜，這就使得地鐵車站的基坑圍護結構的施工難度顯著增加。②因地鐵項目多設置在城市人孔繁華地段，施工過程中經(jīng)常會遇到地下預埋管線。具體施工時不僅需要和多個單位進行協(xié)商，以便于改遷預埋管線。且上述遺留的預埋管線也集聚了大量的地下水，也會影響到地鐵車站基坑圍護結構的施工。

2 工程實例

2.1 工程概況

某地鐵車站總共設置了3個通道4個入口，四組八個風亭。該施工區(qū)域淺層含水層巖性以粉土、粉質(zhì)粘土為主，屬于松散巖類孔隙潛水，地下水類型為潛水。通過前期的勘察得知，該區(qū)域地下水位埋深為15.1～15.6m，含水層主要為松散巖類孔隙潛水，含水層的巖性主要為粉土和粉質(zhì)粘土。同時該含水層屬于弱透水層，富水性相對較差。此外，該區(qū)域地下水對于混凝土結構不存在腐蝕性，但是對鋼筋混凝土結構中的鋼筋以及鋼結構具有一定的弱腐蝕性。

2.2 圍護結構設計方案

該地鐵車站的附屬通道、風道標準段內(nèi)部的基坑深度為10m左右。由于是跨路口設置的通道和風道，施工場地相對較為狹窄，不具備放坡開挖的條件。因此最終選用的圍護結構為φ800@1200mm的鉆孔灌注樁聯(lián)合鋼管內(nèi)支撐的工法。鉆孔灌注樁的插入深度為4～5m，并運用100mm厚度的網(wǎng)噴混凝土來支護樁間，設置鋼筋混凝土冠梁在樁頂，且全部選用C30混凝土。此外設置2根鋼管內(nèi)支撐子啊基坑豎向位置確保穩(wěn)定，并選用φ609mm（壁厚14mm）的鋼管作為鋼支撐，其支撐水平間距為3.5～4m。

2.3 監(jiān)測方案

為確?；訃o結構的安全穩(wěn)定性，需對整個基坑施工全過程進行監(jiān)測，以便于對基坑開挖過程中圍護結構的樁體位移、坑周地表沉降變化情況進行實時監(jiān)測。通過相關監(jiān)測數(shù)據(jù)，來客觀反饋工程施工質(zhì)量狀況，以便于對設計方案進行及時調(diào)整，確保做到信息化施工。

2.4 監(jiān)測結果分析

2.4.1 樁體水平位移

為了跟蹤監(jiān)測整個施工過程中圍護結構的變形狀況，共布置6個測斜孔在該基坑的四周。以下僅選取A處監(jiān)測數(shù)據(jù)進行展開分析。①開始開挖基坑的時候，因基坑土體突然卸荷。圍護樁受到坑周土體的側向擠壓力，導致基坑出現(xiàn)內(nèi)側變形現(xiàn)象。然因整體開挖深度較淺，樁體各個點的水平位移均較?。虎诶^續(xù)開挖基坑以及施作了第一道鋼支撐之后，樁體各個點之間的側向變形顯著增加，且當基坑的開挖深度為5m的時候，其側向變形達到最大，最大值為4.31mm。不過因為基坑尚未開挖結束，基坑內(nèi)部的土體能夠在一定程度上阻止側向擠壓變形，進而使得樁體下部未受到較大影響，僅出現(xiàn)十分微小的水平位移；③施作第二道鋼支撐之后，最大的樁體水平位移顯著下移，其最大值在基坑深度為7～8m時。此外，隨著第一道鋼支撐和圍護樁作用的有效發(fā)揮，樁頂間的水平位移極小。說明鋼支撐的施作能夠顯著降低基坑周圍圍護樁的側向變形；④當開始開挖基坑時，直到將第一道鋼支撐拆除，樁體不同深度位置的水平位移相對較小。這充分的說明了，鋼支撐聯(lián)合鉆孔灌注樁的支護結構可以顯著對抗坑周土體對于基坑的擠壓作用，有助于提升基坑的穩(wěn)定性。同時，在距離樁頂8m的位置處是樁體發(fā)生最大位移的區(qū)域，其最大位移為12.15mm，屬于設計范圍之內(nèi)。當然我們需要注意的是，雖然采取上述支護結構，能夠顯著對抗圍護樁的側向變形，然基坑受到時空效應的影響，各個點的水平位移仍在不斷增大。因此施工基坑的過程中，無支撐暴露時間必須盡可能的降低。

2.4.2 地表豎向沉降

為了對基坑開挖過程中所引起的地表沉降變化狀況進行監(jiān)測。分別布置4個監(jiān)測斷面在基坑的南北兩個方向上，并在各個監(jiān)測斷面上分別布置6個沉降觀測點。各個監(jiān)測點之間的布置間距為3m。以下僅選取監(jiān)測斷面B上的6個點的沉降觀測數(shù)據(jù)展開分析。①伴隨著基坑的進一步開挖，各個監(jiān)測點的累積沉降量相應增加，且越是離基坑位置較近的位置，其所產(chǎn)生的沉降量越大，其中最大值為7.33mm。不過該沉降值卻遠遠小于設計值所規(guī)定的≤0.3%H。同時距離基坑最遠的位置的沉降量相對較小，僅僅為1.39mm。②通過對各個觀測點的監(jiān)測可知，累積沉降都呈現(xiàn)出下降、上升、再下降和在上升，然后最終逐步下降直到區(qū)域穩(wěn)定的一個變化趨勢。之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要原因在于開始開挖基坑的時候，因為移除了基坑內(nèi)部的土體，使得基坑內(nèi)部的地下水位逐漸降低，進而在坑周和坑內(nèi)形成了一個水頭差，并在土體之中形成一定的滲透力，進而壓密坑周內(nèi)部的土體。此外，來自于基坑內(nèi)部降水的影響，使得坑周土體進行排水，進而顯著增加了土體的自重應力，也會進一步產(chǎn)生一定的壓密作用。這就導致坑周內(nèi)部土體的壓密作用逐漸增加，累積沉降量也就相應增加。同時，由于在基坑開挖的過程中，因施作了兩道鋼支撐，因其在一定程度上能夠?qū)拥膫认虍a(chǎn)生擠壓作用，進而導致坑周的土體出現(xiàn)相對隆起的趨勢，進而使得沉降量出現(xiàn)增加的趨勢。③就整個基坑圍護結構施工過程來看，在基坑開挖的初始階段，基坑周邊的土體出現(xiàn)了相對較大的沉降量。但是隨著鋼支撐的施作，土體結構的沉降量逐步下降，隨著整個施工過程的不但推移，整個圍護的結構將逐步區(qū)域穩(wěn)定狀態(tài)中。由此可見，對于地鐵車站基坑圍護結構而言，選用鋼支撐聯(lián)合鉆孔灌注樁的支護結構，能夠顯著增強圍護結構的穩(wěn)定性和安全性，能夠取得較好的施工效果。

總之，文章結合工程實例，設計了鋼支撐聯(lián)合鉆孔灌注樁的支護結構來作為基坑圍護結構形式，并通過施工監(jiān)測，可以得到如下：①隨著基坑開挖深度的增加，圍護樁的側向變形也會相應增加。受到鋼支撐支護結構的影響，能夠顯著降低最大位移。為避免側向變形的進一步擴大，需盡可能降低無支撐暴露時間；②隨開挖深度的增加，坑周地表的沉降也逐漸增加，且沉降量最大位置距離基坑位置最近。受到鋼支撐支護的作用，各個沉降量會出現(xiàn)短暫的上升趨勢；③鋼支撐聯(lián)合鉆孔灌注樁的圍護結構，能夠顯著抵抗基坑的側向變形，且水平位移量和豎向位移量均在設計范圍之內(nèi)。證明該圍護結構的穩(wěn)定性較好，能夠滿足工程的實際需求。

[1]邢旗.地鐵站深基坑圍護結構變形規(guī)律研究[D].河北工業(yè)大學，2015.

[2]劉岱熹.地鐵深基坑開挖圍護結構變形監(jiān)測與數(shù)值模擬研究[D].遼寧科技大學，2016.