濟(jì)南地鐵R2線濟(jì)鋼新村站深基坑施工變形分析

張 中 強(qiáng)

(濟(jì)南軌道交通集團(tuán)工程研究咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

近些年來(lái)中國(guó)城市建設(shè)迅猛發(fā)展，軌道交通建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大。地鐵深基坑工程因其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜和施工周邊環(huán)境復(fù)雜等原因，深基坑工程施工安全仍然是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高難度的技術(shù)性難題[1,2]。就目前情況，現(xiàn)場(chǎng)得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以很好的反映基坑施工變形的客觀情況。

眾多學(xué)者對(duì)深基坑的監(jiān)測(cè)展開(kāi)了分析研究，總結(jié)了深基坑在開(kāi)挖過(guò)程中基坑一系列監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變化規(guī)律。丁智、王杰光、張雪嬋等[3-5]對(duì)浙江杭州地區(qū)地鐵深基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，為施工和設(shè)計(jì)提供參考意義。劉斌[6]以太原地鐵2號(hào)線長(zhǎng)風(fēng)街站深基坑為工程對(duì)象，指出深基坑施工中應(yīng)及時(shí)重點(diǎn)關(guān)注周邊環(huán)境的變形，防止地表出現(xiàn)大面積下沉或者凸起。程荷蘭等[7]針對(duì)軟土地區(qū)的深基坑工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出基坑開(kāi)挖地表沉降的最大值在0.25H～0.42H處，其中，H為基坑開(kāi)挖深度。

筆者重點(diǎn)通過(guò)對(duì)濟(jì)南地鐵R2號(hào)線濟(jì)鋼新村站深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出相關(guān)結(jié)論，以期為濟(jì)南地區(qū)后續(xù)基坑施工提供參考。

1 工程概況

1.1 車站情況

濟(jì)鋼新村站為地下單柱雙跨雙層島式車站，車站總建筑面積12 022.65 m2，主體結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)247.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度19.7 m，盾構(gòu)井段約為20.5 m。頂板覆土厚度為2.60 m～4.20 m，基坑開(kāi)挖深度18.5 m～20.3 m。

工程與水文地質(zhì)條件由上至下依次為：①1素填土、①2雜填土、⑧1黃土狀粉質(zhì)黏土、⑩1,1粉質(zhì)黏土層、1碎石、-1強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r、-2中風(fēng)化石灰?guī)r。車站底板位置：底板埋深17.1 m～20.9 m，位于1,4碎石層及1粉質(zhì)黏土層。

地下水情況：主要為碳酸鹽巖裂隙巖溶水，微具承壓性，埋藏較深，鉆水位標(biāo)高約30.0 m～35.0 m，位于底板以下15 m～20 m。

1.2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工方案

車站主體采用明挖順作法施工，基坑開(kāi)挖深度18.5 m～20.3 m，基坑圍護(hù)形式采用預(yù)制樁/鉆孔灌注樁、內(nèi)支撐和旋噴樁止水帷幕。

主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段基坑設(shè)三道支撐，其中第一道支撐采用混凝土，第二道～第三道支撐及換撐采用鋼支撐，水平間距約3 m；鋼支撐采用φ609 mm×16 mm鋼管，鋼支撐中間底部縱向采用2Ⅰ40a鋼連系梁聯(lián)接，腰梁采用2根Ⅰ56C工字鋼雙拼組成。圍護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本文主要研究?jī)?nèi)容是樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)、地表沉降以及支撐軸力監(jiān)測(cè)。本文選取標(biāo)基坑標(biāo)準(zhǔn)段和端頭段的圍護(hù)樁深層水平位移、支撐內(nèi)力、地表沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

為了更好的反映基坑變形隨時(shí)間的變形規(guī)律，現(xiàn)將時(shí)間節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化成以下幾個(gè)工況：

工況1：第一道混凝土架設(shè)；

工況2：開(kāi)挖完成土層1，架設(shè)第二道支撐；

工況3：開(kāi)挖完成土層2，架設(shè)第三道支撐；

工況4：第三層土開(kāi)挖，澆筑底板。

2.1 樁體深層水平位移

本節(jié)選取基坑端頭圍護(hù)樁編號(hào)ZQT03和標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)樁編號(hào)ZQT09為研究對(duì)象，位移+表示樁體向基坑內(nèi)變形，-表示樁體向基坑外變形。從圖2,圖3可以看出，鉆孔灌注樁向基坑內(nèi)變形的水平位移隨著基坑開(kāi)挖越深越大。工況2～工況3變形量最大，此時(shí)正好在第二道鋼支撐所在位置，所以第二道鋼支撐架設(shè)對(duì)基坑圍護(hù)樁變形尤為重要。由圖2,圖3可知，端頭處ZQT03最大水平位移為38.78 mm，標(biāo)準(zhǔn)段ZQT09最大水平位移為20.89 mm，由于基坑端頭開(kāi)挖深度大于標(biāo)準(zhǔn)段處，所以位移端頭處的樁體深層水平大于標(biāo)準(zhǔn)段處的樁體深層水平位移。

2.2 地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)基坑地表沉降的監(jiān)測(cè)著重考慮基坑端頭DBC02-1～5與標(biāo)準(zhǔn)段處DBC10-1～5的點(diǎn)，基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同工況下的沉降曲線如圖4,圖5所示。從圖可知，距離基坑最近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值不是最大的，最大沉降值出現(xiàn)在第2個(gè)斷面處，超過(guò)該斷面以后地表沉降隨著距離基坑越遠(yuǎn)沉降值越小。地表沉降曲線呈拋物線狀。由圖可以看出，端頭井處的地表沉降量大于標(biāo)準(zhǔn)段處的地表沉降值，這是因?yàn)槎祟^井開(kāi)挖深度比標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度大。從工況2到工況3地表沉降值變化最大，由此可見(jiàn)第二道支撐的架設(shè)對(duì)地表沉降的影響也十分顯著。

2.3 內(nèi)支撐軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖6是支撐軸力隨時(shí)間變化的曲線，由圖6可以看出，在基

坑開(kāi)挖工程中第二道支撐架設(shè)之前，第一道支撐軸力逐漸增大，待到第二道支撐架設(shè)上時(shí)其增幅明顯減小，這說(shuō)明第二道支撐對(duì)第一道支撐的影響較為顯著。端頭處支撐軸力ZCL03比標(biāo)準(zhǔn)段處支撐軸力ZCL09大，這是由于端頭處開(kāi)挖深度比標(biāo)準(zhǔn)段處深，支撐受到的土壓力比標(biāo)準(zhǔn)段處大。支撐軸力出現(xiàn)波動(dòng)變化主要是受現(xiàn)場(chǎng)施工水平及天氣變化等因素的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)濟(jì)南地鐵R2線濟(jì)鋼新村站地鐵深基坑動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出以下規(guī)律，現(xiàn)總結(jié)如下：

1)本工程中第二道支撐的架設(shè)對(duì)圍護(hù)樁體深層水平位移，支撐軸力和地表沉降的影響較為顯著，施工中應(yīng)注意及時(shí)架設(shè)第二道支撐；

2)基坑施工過(guò)程中，地表沉降的最大值出現(xiàn)在第二個(gè)斷面位置處，之后隨著距離基坑越遠(yuǎn)地表沉降越小。