某地鐵站深基坑開挖監(jiān)測分析

□文/汪晨晨 劉 龍 孫巍巍

地鐵以運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)輸速度快等優(yōu)點(diǎn)成為城市建設(shè)可持續(xù)發(fā)展、改善城市交通狀況的重要途徑之一；而隨之面臨的深基坑開挖過程中如何保證基坑穩(wěn)定和周邊構(gòu)筑物安全問題成為研究熱點(diǎn)[1～3]。在實(shí)際工程研究方面：楊守興等[4]研究得出錨索預(yù)應(yīng)力的變化規(guī)律并且發(fā)現(xiàn)樁錨支護(hù)這種形式的圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠控制深基坑的水平變形；陳福建等[5]通過開挖過程中下穿高架橋段深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結(jié)了圍護(hù)樁和地表位移、橋墩豎向位移變化規(guī)律；江杰等[6]、黃鐘暉等[7]基于廣西南寧市的深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結(jié)了該地區(qū)復(fù)雜環(huán)境下基坑支護(hù)變形規(guī)律；王海超等[8]通過監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬，得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移與連續(xù)墻深度變化規(guī)律。本文通過對廣東佛山市某地鐵站深基坑施工過程實(shí)時(shí)監(jiān)測，分析地下連續(xù)墻墻體水平位移、周邊地表沉降和地下水位的變化規(guī)律，為同地區(qū)相似工程提供參考。

1 工程概況

某地鐵站主體結(jié)構(gòu)基坑長473.60 m，深約16.58 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7 m，為單柱雙跨兩層的結(jié)構(gòu)形式，屬深基坑工程。該站標(biāo)準(zhǔn)段基坑比較規(guī)則，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm 厚地下連續(xù)墻，開挖前采用深井降水，標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)三道內(nèi)支撐：第一道是700 mm×900 mm 的混凝土主支撐，肋撐尺寸為500 mm×700 mm；第二道是1 000 mm×1 100 mm的混凝土主支撐，肋撐尺寸為600 mm×800 mm；第三道支撐為φ609 mm，t＝16 mm鋼支撐。

2 地質(zhì)及水文條件

該站場地屬于三角洲平原地貌，地勢平坦，地面高程1.70～4.80 m；河涌、魚塘位置地面高程較低，為-0.13～0.16 m；受人類建設(shè)活動影響，地面現(xiàn)狀稍有起伏。地下連續(xù)墻底部嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖層，基坑底部主要處于淤泥質(zhì)土層、粉質(zhì)黏土層，局部處于沖洪積砂層、殘積土層。地下水埋深較淺；每年4～10月為雨季，大氣降雨充分，地下水位會略有上升；而在冬季因降水減少，地下水位隨之下降，變幅為2.5～3.0 m/a。

3 監(jiān)測內(nèi)容及測點(diǎn)布置

對深基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境進(jìn)行全面實(shí)時(shí)監(jiān)測。監(jiān)測項(xiàng)目主要為墻頂水平位移、地下水位和周邊地表豎向位移；監(jiān)測內(nèi)容為GB 50911—2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的應(yīng)測項(xiàng)目，采用現(xiàn)場巡視檢查和儀器測試結(jié)合的方式進(jìn)行監(jiān)測。

墻體水平位移監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)于鉆孔樁（地下連續(xù)墻）內(nèi)，各測點(diǎn)間距30 m，共布設(shè)55孔，編號ZQT-01～ZQT-55。基坑周圍的豎向位移測量點(diǎn)布置在斷面和垂直基坑的方向上，標(biāo)準(zhǔn)斷面沿基坑兩側(cè)各布設(shè)3個(gè)點(diǎn)，間距分別為2、3、5 m，編號為DBC-i-j(i表示測點(diǎn)位置；j表示測點(diǎn)編號)?；铀槐O(jiān)測點(diǎn)沿基坑外側(cè)土體間隔約20 m 布設(shè)，共布設(shè)53 孔，編號為DSW-01～DSW-53。見圖1。

圖1 地鐵站監(jiān)測點(diǎn)

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1 斷面地表沉降

為了解開挖對周邊地表沉降影響，選取深基坑具有代表性的兩個(gè)斷面上的測點(diǎn)為研究對象，正值和負(fù)值分別代表上升和沉降。斷面2 位于深基坑的中部，斷面3位于基坑的東側(cè)。見圖2和圖3。

圖2 斷面2地表沉降變化

圖3 斷面3地表沉降變化

從圖2 和圖3 可以看出，隨著深基坑開挖的進(jìn)行，各測點(diǎn)沉降先緩慢增大，然后隨著開挖深度加大沉降明顯增大，最大沉降量為-114.86 mm(DBC-02-06)和-125 mm(DBC-03-06)。

斷面2和斷面3沉降曲線有共同的現(xiàn)象：地表沉降變化最大的點(diǎn)并不是離基坑最近的點(diǎn)，最大沉降發(fā)生在距離基坑大約10 m處的監(jiān)測點(diǎn)DBC-02-06和DBC-03-06 上，即開挖深度的0.6 倍距離處，最大沉降位置不隨施工進(jìn)度而變化，符合有支護(hù)基坑樁后地表沉降的變化規(guī)律。基坑附近的地表沉降在允許的變形范圍內(nèi)；可以看出，基坑支護(hù)體系穩(wěn)定安全。

4.2 墻體水平位移

對地下連續(xù)墻墻體水平位移的監(jiān)測能夠直觀反映基坑內(nèi)深層土體的位移狀態(tài)，本文選取具有代表性的測斜點(diǎn)ZQT-01，取現(xiàn)場不同工況下的監(jiān)測結(jié)果繪制墻體水平位移。隨時(shí)間及深度變化曲線，見圖4。

圖4 墻體水平位移變化曲線

從圖4 可以看出：基坑開挖第一層土體到第一道混凝土支撐架設(shè)完成期間，墻體的水平位移近似一條直線，這是由于基坑開挖深度較淺，混凝土支撐承受了主要的土壓力；第一道混凝土支撐架設(shè)完成到第二道混凝土支撐架設(shè)完成期間，隨著開挖深度的增加，墻體所受側(cè)向土壓力隨之增大，墻體開始明顯向基坑內(nèi)傾斜，位移明顯增大，最大位移7.09 mm 位于基坑深度8.5 m 附近；第二道支撐架設(shè)到第三道鋼支撐架設(shè)完成期間，墻體水平位移進(jìn)一步增大，最大位移12.08 mm位于基坑深度9.5 m處；第三道支撐架設(shè)完成至底板澆筑完成期間，墻體水平位移還在增大，但是增大幅度減小，這是受兩道混凝土支撐和鋼支撐的共同作用，墻體水平位移變形受到限制，墻體下部的水平位移沒有發(fā)生明顯的變化，這是因?yàn)榈装搴芎玫丶s束了連續(xù)墻底部位移，所以變形不大；底板澆筑完成后，墻體水平位移達(dá)到最大值12.95 mm，因?yàn)橥馏w應(yīng)力釋放存在時(shí)間效應(yīng)，所以墻體最大水平位移出現(xiàn)在底板澆筑完成后。從整個(gè)監(jiān)測過程來看，曲線呈拋物線形，符合多層內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律。

4.3 地下水位

開挖過程中監(jiān)測點(diǎn)水位隨時(shí)間變化曲線見圖5。圖5中，正負(fù)值分別表示水位上升與下降。

圖5 地下水位變化

從圖5 可以看出：除DSW-01 外的其余測點(diǎn)水位變化量比較穩(wěn)定，但測點(diǎn)DSW-01 最大沉降變化量940 mm 仍小于控制警報(bào)值1 000 mm?？紫冻袎核突鶐r裂隙水是場地的主要地下水類型，由于孔隙承壓水主要存在于粉細(xì)砂中，而巖裂隙水主要存在于強(qiáng)、中等風(fēng)化巖中，這兩種地下水都不具有承壓性，加上基坑內(nèi)降水合理，所以開挖時(shí)地下水位變化波動較小。

5 結(jié)論

1）監(jiān)測結(jié)果表明，深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和多道支撐對開挖變形有明顯的限制作用，周邊地表沉降隨著開挖深度增加緩慢增大，地表沉降變化最大的點(diǎn)并不是靠近基坑的點(diǎn)，而是發(fā)生在開挖深度的0.6倍距離處，最大沉降的位置不會隨施工的進(jìn)行發(fā)生改變。

2）混凝土支撐+鋼支撐組合能夠滿足現(xiàn)場施工和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，從整個(gè)監(jiān)測過程來看，墻體水平位移曲線隨開挖深度變化有明顯的特征：兩頭小、中間大，呈拋物線形；這也符合多層內(nèi)支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律。從監(jiān)測數(shù)據(jù)也可以看出第一道混凝土支撐和底板對墻體有較強(qiáng)的約束作用。

3）該地區(qū)地鐵站的深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，基坑開挖時(shí)地下水變化幅度不大，對類似環(huán)境的工程具有指導(dǎo)意義。