地鐵車站深基坑開挖實(shí)測變形數(shù)據(jù)分析

謝東 孫向東 陳立強(qiáng)

摘 要：文章以烏魯木齊市軌道交通4號線紅光山車站為依托工程，分析了基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、地表沉降的現(xiàn)場實(shí)測變形數(shù)據(jù)，得出基坑在不同開挖工況下，不同監(jiān)測斷面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地表的變形規(guī)律，對類似基坑的施工和監(jiān)測工作有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：深基坑 水平位移 地表沉降

1.工程概況

烏魯木齊市軌道交通4號線紅光山站為明挖地下3層、局部4層島式車站，兩端均為盾構(gòu)區(qū)間。站臺中心里程為右YDK22+126.988，車站起點(diǎn)里程右YDK22+37.628，車站終點(diǎn)里程右YDK22+207.828，車站總長170.20m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.7m，底板埋深約28m。

車站位于紅光山路和南湖北路路口東南，呈東西向布設(shè)于紅光山路南側(cè)綠化帶內(nèi)，該道路為城市交通主干道，車流量極大。車站基坑北側(cè)緊鄰紅光山路，南側(cè)現(xiàn)為在售樓盤售樓處，基坑西側(cè)及東側(cè)為人行道及綠化。

2.基坑監(jiān)測設(shè)計(jì)

2.1測點(diǎn)選取

截止2017年10月16日，紅光山車站西端頭已開挖至21m，安裝完成3道鋼支撐。按照紅光山站的施工監(jiān)測方案，結(jié)合現(xiàn)場施工進(jìn)度，選取西端頭附近的部分監(jiān)測點(diǎn)作為研究對象。共選取基坑西端頭4個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移測點(diǎn)和基坑南北兩側(cè)各3排地表沉降點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測變形數(shù)據(jù)分析。ZQT01、ZQT02位于基坑北側(cè)，ZQT20、ZQT21位于基坑南側(cè)，其中ZQT01處于西端頭中部，ZQT02和ZQT21位于基坑西端頭陽角處。北側(cè)設(shè)置DBC01、DBC02、DBC03共3個(gè)地表沉降監(jiān)測斷面，南側(cè)設(shè)置DBC31、DBC32、DBC33共3個(gè)地表沉降監(jiān)測斷面。

2.2工程監(jiān)測工況

圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地表的變形是隨著基坑的開挖動(dòng)態(tài)變化的，通過監(jiān)測這種動(dòng)態(tài)變化得到的數(shù)據(jù)對于基坑分步開挖施工過程中的安全控制具有重要的指導(dǎo)意義。在實(shí)際工程中，關(guān)注的是每個(gè)施工步驟圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地表的變形情況，在紅光山車站基坑工程中，把現(xiàn)階段的施工過程分為6個(gè)施工監(jiān)測工況，從而在監(jiān)測數(shù)據(jù)里找到每個(gè)工況對應(yīng)的數(shù)值，分析變形的基本規(guī)律。

3.實(shí)測結(jié)果分析

3.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移

根據(jù)紅光山站西端頭ZQT01、ZQT02、ZQT20、ZQT21圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移在不同施工工況時(shí)的曲線可知，在冠梁施工和安裝第一道鋼支撐時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移很小，僅在頂部有少量位移。當(dāng)土體開挖0～9m時(shí)，位移曲線發(fā)生顯著改變，常規(guī)位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移（ZQT01、Z Q T 20）呈拋物線型，最大位移在-7.5m處；陽角位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移（ZQT02、ZQT21）從頂部往下依次減小，最大位移在-0.5m處。安裝第二道鋼支撐后位移曲線變化不大，有少量的恢復(fù)。當(dāng)土體開挖9～17m時(shí)，各水平位移最大值有所增大但規(guī)律不變，常規(guī)位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移（ZQT01、ZQT20）最大位移下移至-10.0m處。加第三道鋼支撐后位移曲線無顯著變化，并有少量恢復(fù)。當(dāng)土體開挖17～21m時(shí)，各水平位移最大值繼續(xù)增大，常規(guī)位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移（ZQT01、ZQT20）最大位移下移至-13.5m處；陽角位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移（ZQT02、ZQT21）最大位移仍在-0.5m處。

表1統(tǒng)計(jì)了各圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移測點(diǎn)在不同工況下的最大值，從表1可看出，隨著基坑土方的開挖，各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移逐漸增加，處于基坑陽角處的ZQT02、ZQT21的水平位移最大值較常規(guī)位置的ZQT01、ZQT20小，這體現(xiàn)了基坑開挖的空間效應(yīng)，說明基坑角部圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，變形可控。位移基坑北側(cè)的ZQT01、ZQT02圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形比南側(cè)的ZQT20、ZQT21大，原因可能是基坑北側(cè)的施工荷載較大，周邊超載造成土體向基坑內(nèi)側(cè)向變形，引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

3.2地表沉降

3.2.1地表沉降與基坑開挖時(shí)間的關(guān)系

紅光山車站西端頭已累計(jì)開挖至21m，取車站北側(cè)DBC01、DBC02斷面，南側(cè)DBC32、DBC33斷面的地表沉降點(diǎn)作為研究對象。結(jié)合現(xiàn)場施工進(jìn)度分析地表沉降-時(shí)間關(guān)系，可得出以下結(jié)論：

（1）地表沉降點(diǎn)的累計(jì)沉降量隨著基坑施工的進(jìn)行不斷增大，DBC01-01、DBC02-01、DBC32-01、DBC33-01最終沉降量分別為-6.93mm、-14.02mm、-12.65mm、-9.34mm?；游鞫祟^角點(diǎn)處的DBC01-01、DBC33-01最終沉降相對較??；北側(cè)02監(jiān)測斷面的最終沉降最大，可能的原因是該監(jiān)測斷面處于西端頭中間位置，相比角點(diǎn)位置更容易受基坑開挖卸荷的影響，同時(shí)該位置大型施工機(jī)械較多，容易引起地面下沉。

（2）各監(jiān)測斷面地表沉降01號點(diǎn)在第8d左右有較明顯的增加，因?yàn)榇藭r(shí)基坑開挖較快，深度已達(dá)到7m左右，鋼支撐仍未安裝，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，地表沉降也發(fā)展很快，在鋼支撐安裝后（第12d左右），地表沉降速率明顯減緩。到第二層土體開挖時(shí)，地表沉降又有一次明顯的增加，安裝對應(yīng)的鋼支撐后沉降速率明顯減緩。

（3）距離基坑最近的各監(jiān)測斷面01號點(diǎn)，在基坑開挖過程中，沉降量始終最大，滿足實(shí)時(shí)沉降量01號>02號>03號>04號，且隨著基坑開挖的進(jìn)行，差異沉降量越來越大。

3.2.2地表沉降與基坑距離的關(guān)系

按照地表沉降點(diǎn)與基坑距離的遠(yuǎn)近，將地表沉降點(diǎn)分為4組，每組6個(gè)測點(diǎn)。根據(jù)最終地表沉降與距基坑距離的關(guān)系可知，基坑角點(diǎn)位置（DBC01、DBC33）的最終地表沉降較小，本工程基坑開挖引起的地表沉降呈曲線狀，距離基坑越近，沉降量越大，其中距離基坑1m處地表沉降最大，原因是基坑擋墻背后填土未充分壓實(shí)，土體自然沉降較大，對監(jiān)測結(jié)果造成一定影響。

紅光山站西端頭處地質(zhì)條件較好，以巖石地質(zhì)為主，基坑周邊其它位置地表沉降較小，距離基坑9m位置地表沉降約為2～4mm。可估算本基坑開挖主要影響范圍為開挖深度的1/2左右。

3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移與地表沉降相關(guān)性

經(jīng)過分析，可發(fā)現(xiàn)地表沉降與圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移存在一定程度上的同步關(guān)系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隨著基坑的每一次開挖，最大變形增加，速率呈增大趨勢，同時(shí)地表沉降量也隨著基坑的每一次開挖也在增大，鋼支撐安裝后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和地表沉降量均得到有效的控制，變形速率明顯減緩。

ZQT01的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移值最大，DBC02的地表沉降最大，且兩者處于同一監(jiān)測斷面?？傻贸鲈谕槐O(jiān)測斷面，無超載作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移越大，對應(yīng)位置的地表沉降也越大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形間接上可反映周邊地表的沉降趨勢。

4.結(jié)論

（1）基坑開挖會(huì)引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移顯著增大，常規(guī)位置圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移呈拋物線狀，最大位移的位置會(huì)隨著基坑開挖逐漸下移，而陽角處圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移始終在樁頂處，在鋼支撐安裝后變形速率會(huì)明顯減緩；

（2）處于基坑陽角位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移相對較小，此處結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，變形可控；

（3）基坑周邊地表沉降隨著基坑的開挖逐漸增大，處于基坑角點(diǎn)處的監(jiān)測斷面地表沉降量較小，中間位置的監(jiān)測斷面地表沉降量較大；

（4）鋼支撐的及時(shí)安裝，可有效控制地表沉降速率，施工中應(yīng)及時(shí)安裝支撐，確保變形可控；

（5）本基坑主要以巖石地質(zhì)為主，在開挖過程中，地表沉降呈曲線狀，沉降量與距基坑的距離呈反相關(guān)關(guān)系，離基坑越近，沉降量越大，開挖主要影響范圍為開挖深度的1/2左右；

（6）地表沉降與圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移存在一定程度上的同步關(guān)系，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形間接上可反映周邊地表的沉降趨勢。

5.結(jié)束語

綜上所述，文章通過工程實(shí)例分析得出不同監(jiān)測斷面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地表的變形規(guī)律，使用這種規(guī)律，能提高工程的施工效率，同時(shí)保證了施工的質(zhì)量，因此，該方法在地鐵施工有著重要的意義，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉博韜.地鐵車站深基坑開挖對周邊建筑物的影響研究[D].南京：東南大學(xué)，2016.

[2]劉均紅.西安地鐵車站深基坑變形規(guī)律現(xiàn)場監(jiān)測與FLAC模擬研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2010.