明挖地鐵車站周邊地表沉降監(jiān)測及分析

楊軍

（中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都611130）

1 引言

隨著地下空間開發(fā)工程項(xiàng)目越來越多，深基坑工程呈現(xiàn)增多的趨勢，深基坑工程項(xiàng)目的深度和規(guī)模也逐漸增大。在明挖地鐵車站過程中，基坑開挖會(huì)導(dǎo)致周圍地表的沉降，影響附近建筑物和地下設(shè)施使用的安全性，導(dǎo)致周圍建筑物開裂和地下管線的破壞。因此，在實(shí)際進(jìn)行地鐵車站明挖施工的過程中，一定要做好對周邊地表沉降的監(jiān)測工作，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場施工的動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證施工的安全性和可靠性。

2 工程概況

某地鐵換乘車站位于十字路口處，車站共有三層，全長為198.3m，標(biāo)準(zhǔn)寬度為25.65m，基坑兩側(cè)規(guī)劃的路寬為60m，車站結(jié)構(gòu)采用的是鋼筋混凝土箱梁框架結(jié)構(gòu)，頂板埋深和底板埋深分別為4m 和18m。車站主體結(jié)構(gòu)采用S10 和C40 防水混凝土，變形控制等級為特級，外包采取全封閉防水墻的形式。本站采取明挖施工方法進(jìn)行施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是高壓旋噴樁和地連墻結(jié)合的方式，圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)置三道水平支撐，節(jié)點(diǎn)段設(shè)置四道支撐。節(jié)點(diǎn)段開發(fā)深度為23.15m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度為17.12m，該車站場地內(nèi)地層從下到上分別為沖積粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂、中砂及粗砂等，上更新統(tǒng)風(fēng)積新黃土及殘積古土壤，全新統(tǒng)人工填土。

3 明挖深基坑施工過程中地表沉降監(jiān)測方案

3.1 基坑周圍土體沉降的原因

基坑明挖過程中造成的地表沉降主要包括以下兩種因素，首先，開發(fā)過程中導(dǎo)致的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體變形會(huì)造成土體向坑內(nèi)移動(dòng)，引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，造成土層和地表的沉降。其次，基坑降水會(huì)導(dǎo)致附近土體空隙水壓力的消失，使得土地有效應(yīng)力明顯增加，導(dǎo)致土體被壓縮而產(chǎn)生沉降。一般在基坑開挖的過程中需要進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)，以避免地表沉降以及基坑工程對周圍環(huán)境的影響[1]。為了保證基坑明挖工程施工的安全性和可靠性，必須要做好對周圍環(huán)境的尤其是地表沉降等監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析和討論，適時(shí)調(diào)整工程進(jìn)展和開發(fā)的位置，防止過度地面沉降對附近環(huán)境產(chǎn)生的影響，避免施工過程導(dǎo)致其他建筑物的破壞[2]。因此，必須要做好地表沉降監(jiān)測點(diǎn)的位置排布工作，明確地表沉降的相關(guān)規(guī)律，從而可以采取針對性的措施，防止大規(guī)模土體沉降現(xiàn)象的發(fā)生，保證施工的安全性。

3.2 地表沉降測點(diǎn)布設(shè)

要想做好深基坑施工過程中地表沉降監(jiān)測，首先要完成地表沉降監(jiān)測點(diǎn)的排布工作，明確測試點(diǎn)埋設(shè)的要求。在硬化地面進(jìn)行測點(diǎn)布設(shè)時(shí)，采取開孔機(jī)鉆孔埋設(shè)的方案，在設(shè)計(jì)位置鉆孔進(jìn)入到臥原狀土，將直徑大于十六毫米的螺紋鋼筋打入鉆孔中央直到下臥層，保證地表硬化地面與鋼筋的完全脫離，然后用細(xì)砂回填進(jìn)行保護(hù)。對于土質(zhì)地面來說，可以采取預(yù)埋水泥樁和澆筑的方法進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)，根據(jù)實(shí)際施工情況和所要求的車站安全等級，對監(jiān)測點(diǎn)定期進(jìn)行檢查，保證監(jiān)測的效率和監(jiān)測的準(zhǔn)確性，在必要時(shí)對監(jiān)測點(diǎn)和基點(diǎn)進(jìn)行加固加密排布，保證最終測試效果。

此外，還需要明確測試點(diǎn)布置的相關(guān)要求，根據(jù)實(shí)際施工理論和沉降測點(diǎn)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，合理布置監(jiān)測點(diǎn)。一般要求沉降監(jiān)測點(diǎn)布置在基坑剖面垂直于基坑邊的位置處，坡面之間的間距一般不超過20m，測試點(diǎn)按照先密后疏、由內(nèi)向外的原則進(jìn)行排布，每個(gè)剖面線上面布置有八個(gè)測試點(diǎn)，確定測試點(diǎn)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線的間距，提高檢測的準(zhǔn)確度[3]。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

從監(jiān)測結(jié)果來看，地鐵車站按照從南到北的方向進(jìn)行基坑開挖和結(jié)構(gòu)施工的過程中，地表的沉降主要包括初步沉降，急速成長和穩(wěn)定成長三個(gè)階段，分別對應(yīng)于不同的施工階段。在工程施工過程中，隨著基坑深度的不斷加大，對地表沉降影響的程度也不斷增大。離基坑相對較遠(yuǎn)的位置處地表沉降速率變大，而距離較近的地表沉降速度則變小，從檢測結(jié)果可以看出沉降的最大值并不是距離基坑最近的位置，一般在距離基坑8m 左右的位置處發(fā)生最大沉降。在沉降穩(wěn)定的階段，基坑開挖深度與基坑外地表沉降最大值之間的比例為0.06%左右，可見該工程項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工優(yōu)良，沉降程度較低。

本文采取強(qiáng)度折減有限元法，利用相關(guān)軟件建立起土層參數(shù)的有限元模型，對土地沉降變形過程進(jìn)行分析，取大于三倍積坑寬度的土體范圍進(jìn)行研究。分析各工況圖體沉降曲線以及基坑開挖過程中的對周圍土體的影響，總結(jié)出地表沉降過程有以下幾個(gè)特點(diǎn)，隨著施工的不斷深化，基坑周圍地表沉降值的數(shù)目不斷增大，而且沉降值的數(shù)值與基坑距離有關(guān)，距離不同沉降值也各不相同，基坑附近地表沉降整體變形的性狀呈現(xiàn)拋物線的趨勢。在開發(fā)的過程中，隨著工程進(jìn)度的不斷加大，對附近地表環(huán)境的影響也越來越大，最大沉降位置出現(xiàn)在距離坑邊圍護(hù)樁的10m 附近處，甚至連距離基坑開挖深度1.5 倍的距離處都受到了影響。計(jì)算得到的最大地表沉降數(shù)值約為七毫米，滿足工程正常施工的要求和地面沉降控制需要，能夠保證工程項(xiàng)目穩(wěn)定安全施工，利用有限元數(shù)據(jù)分析計(jì)算的結(jié)果還可以了解基坑附近地表沉降的影響范圍和大體的變化趨勢，作為基坑變形分析的有效手段可以指導(dǎo)明挖基坑施工工作，盡可能地減少施工過程對附近建筑物和地下管線的影響，保證施工的可靠性[4]。

5 監(jiān)測結(jié)論

通過建立有限元模型對明挖基坑過程中的土體沉降進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論。首先，在開發(fā)的過程中，最大沉降發(fā)生在距離基坑坑壁8m 左右的位置處，而且隨著開發(fā)的進(jìn)行，地表沉降不斷增大。沉降的形狀類似于勺子，并沿著坑壁水平方向周圍地表沉降，呈現(xiàn)曲線分布形式。在距離開挖基坑一定范圍距離之內(nèi)沉降最大，并隨著距離的不斷增大影響逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。隨著開挖程度的不斷擴(kuò)大，沉降量也會(huì)逐漸增加，而且每個(gè)環(huán)節(jié)形成的沉降分布曲線基本相似，基坑開挖影響范圍在30m 左右。

從實(shí)際監(jiān)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果來看，實(shí)際監(jiān)測值和周圍地表實(shí)際沉降值吻合良好，有限元計(jì)算的結(jié)果可靠可信，利用軟件分析的方法可以有效得到地表沉降的相關(guān)數(shù)值以及變化趨勢，為后續(xù)施工調(diào)整和施工作業(yè)提供參考[5]。數(shù)值計(jì)算的結(jié)果表明，最大沉降位置在距離坑邊圍護(hù)樁6～10m 左右的位置，開發(fā)過程會(huì)對基坑深度1 倍到1.5 倍范圍內(nèi)的土地沉降產(chǎn)生影響。由此可見，有限元計(jì)算結(jié)果在很大程度上能夠代表實(shí)際地鐵深基坑導(dǎo)致的沉降問題，在實(shí)際施工的過程中可以結(jié)合兩種方法，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語

綜上所述，明挖深基坑地鐵車站工程必然會(huì)對周圍地表環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致附近建筑物和地下管線的沉降。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和軟件進(jìn)行沉降穩(wěn)定性分析和沉降趨勢變化探討，可以指導(dǎo)明挖地鐵基坑施工工作，保證施工的安全性和可靠性。本文以某地鐵車站的實(shí)際施工情況作為案例進(jìn)行分析，指出明挖深基坑施工過程中地表沉降的監(jiān)測方案，并進(jìn)行了監(jiān)測數(shù)據(jù)分析工作，得出相應(yīng)的監(jiān)測結(jié)論，希望能為地鐵車站周邊地表沉降工作提供一定的參考。