地鐵車站深基坑支撐軸力監(jiān)測(cè)與分析

熊思嘉

摘 要：基坑的穩(wěn)定性對(duì)于地鐵工程的順利完成起著至關(guān)重要的作用，而基坑穩(wěn)定性主要取決于內(nèi)支撐的變化情況。支撐軸力的變化趨勢(shì)直觀地反映了基坑土壓力的變化，而基坑土壓力的變化則直接影響內(nèi)支撐體系的穩(wěn)定，因此研究支撐軸力的變化規(guī)律是分析基坑穩(wěn)定性中不可或缺的一步。本文以廈門市地鐵三號(hào)線創(chuàng)業(yè)橋站支撐軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析地鐵深基坑在開挖過程中支撐軸力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，得出基坑支撐軸力變化規(guī)律，為后續(xù)地鐵深基坑優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全施工提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：深基坑；支撐；監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)分析

Abstract：The stability of the foundation pit plays a crucial role in the smooth completion of the subway project，and the stability of the foundation pit mainly depends on the variation of the internal support.The axial force alteration of the support visually reflects the change of the earth pressure of the foundation pit，and the change of the earth pressure of the foundation pit directly affects the stability of the internal support system.Therefore，studying the axial force alteration of the support is of necessary step for analyzing the stability of the foundation pit.Based on the monitoring data of steel support axial force of the Chuangye Bridge Station which belongs Xiamen Metro Line 3，this paper analyzes the dynamic trend of the support axial force during the excavation of subway deep foundation pit，，and obtains the variation law of the axial force of the foundation pit，which can provide a reliable basis to optimize the design and ensure construction safety.

Key words：foundation pit；support；monitoring；data analysis

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化基礎(chǔ)建設(shè)的加快，城市軌道交通的規(guī)劃與建設(shè)也隨之躍上了一個(gè)新臺(tái)階。[1]地鐵車站作為軌道交通與其他通勤方式進(jìn)行人流交換的重要樞紐，它的安全就顯得尤為重要。而深基坑是地鐵車站主體結(jié)構(gòu)的基石，是整個(gè)車站建設(shè)過程中難度最大，危險(xiǎn)性最高的部分，它不僅影響著地鐵的正常使用，還威脅著周邊建筑以及群眾的安全。一旦基坑出現(xiàn)安全事故，輕則使工程進(jìn)度滯后，建設(shè)成本增加，重則危及周邊建筑與群眾，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。在整個(gè)深基坑施工過程中，有效的監(jiān)測(cè)和預(yù)警是維護(hù)深基坑穩(wěn)定的重要手段之一，而支撐軸力的監(jiān)測(cè)則是監(jiān)測(cè)任務(wù)中的重中之重。因此，在整個(gè)深基坑開挖過程中，科學(xué)地分析支撐軸力的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出支撐軸力的變化規(guī)律，對(duì)于判斷內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性、指導(dǎo)基坑工程安全施工，具有非常重要的意義[2-4]。

1 工程概況

本站為廈門市地鐵三號(hào)線創(chuàng)業(yè)橋站，全長(zhǎng)約276.5m，車站主體采用典型的地下二層島式站臺(tái)設(shè)計(jì)，為單柱雙跨框架結(jié)構(gòu)。其中基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬約19.7m，深度約為16.81m，小里程端頭接盾構(gòu)區(qū)間，深約18.50m，寬度為23.15m，頂板覆土約34m。車站周邊有密集建筑群圍繞，且與兩條主干道相鄰，為將基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響降到最低，保證施工安全，車站主體采用明挖順筑法施工，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)（如圖1所示）主要由鉆孔灌注樁 +3道內(nèi)支撐組成。其中標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)支撐共設(shè)三道，第一道支撐為砼支撐，間距9m，第二、三道均采用鋼管支撐，間距3m?；泳植坎捎靡坏理胖?一道鋼支撐+一道預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式。圍護(hù)樁間埋有直徑800mm的三管旋噴樁作為止水帷幕，埋入到弱透水層以下1m。

2 支撐軸力監(jiān)測(cè)方案

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

支撐作為內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著維持基坑穩(wěn)定，保證施工安全的責(zé)任。支撐軸力直觀地反映出圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開挖時(shí)的內(nèi)力變化，為準(zhǔn)確地掌握內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)的受力情況，及時(shí)對(duì)異常監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行預(yù)警，本次選擇工程情況較復(fù)雜的小里程端頭作為主要的研究對(duì)象，對(duì)具有代表性的支撐進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，軸力測(cè)點(diǎn)布置平面圖如圖2所示。

2.2 支撐設(shè)計(jì)

砼支撐相對(duì)于鋼管支撐具有變形小，水平受壓能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，而深基坑兩側(cè)土壓力較大，第一道支撐需要承受的水平壓力也相對(duì)較大，故本站選用800×1000mm砼支撐作為支撐體系的第一道防線?；酉虏恐纬惺艿耐翂毫σ话爿^小，因此選用Φ609，t=16mm鋼管支撐作為第二、三道支撐。鋼材作為一種理想的彈塑性材料，與混凝土相比最大的優(yōu)勢(shì)是可以施加預(yù)應(yīng)力，因此鋼支撐可以通過施加預(yù)加軸力來減小鋼支撐與圍護(hù)樁連接節(jié)點(diǎn)之間不可避免的施工間隙，消除支護(hù)系統(tǒng)的松弛。同時(shí)，施加預(yù)加軸力還可以有效地減少圍護(hù)樁的位移量，減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，提高基坑內(nèi)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。[5]故分別對(duì)第二、三道鋼支撐施加預(yù)加軸力。

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

支撐軸力的變化直觀反映了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，間接地關(guān)系到基坑工程以及周邊建筑物的安全，為保障基坑工程能夠順利完成，本次通過對(duì)支撐軸力監(jiān)測(cè)資料的研究，選取具有代表性的支撐進(jìn)行科學(xué)的分析與研究，并結(jié)合實(shí)際工況，得出支撐軸力在基坑開挖過程中的變化規(guī)律，對(duì)基坑施工進(jìn)行準(zhǔn)確有效的指導(dǎo)。本文選取軸力ZCL-01和ZCL-02作為研究對(duì)象，對(duì)支撐軸力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。

（1）支撐軸力隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖3、4所示，隨著基坑的不斷開挖，支撐軸力基本呈遞增趨勢(shì)。結(jié)合圖3、4和圖5可以得出，溫度變化對(duì)支撐軸力的變化有著較大的影響，除外力影響（基坑開挖深度、支撐的預(yù)加軸力、支撐的架設(shè)和拆除、圍護(hù)樁的變形、地表沉降、坑外水位變化）外，軸力的變化趨勢(shì)與溫度變化趨勢(shì)在一定程度上有著相似性。例如，4月1號(hào)至4月4號(hào)，施工現(xiàn)場(chǎng)工況無明顯進(jìn)展，白天室外溫度比較高，最高氣溫達(dá)到30攝氏度，ZCL-01-02軸力出現(xiàn)較為明顯的增長(zhǎng)，而ZCL-01-03則出現(xiàn)負(fù)值。初步分析是由于支撐熱傳導(dǎo)性較好，受熱膨脹，導(dǎo)致ZCL-01-01、ZCL-01-02支撐軸力增大；第一、二道支撐相對(duì)于第三道支撐來說，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響較大，因此ZCL-01-01、ZCL-01-02軸力增長(zhǎng)較大導(dǎo)致圍護(hù)樁向基坑外發(fā)生側(cè)移，再加上第三道鋼支撐在施工的過程中預(yù)應(yīng)力損失較大，導(dǎo)致第三道鋼支撐受到兩側(cè)的土壓力減小，軸力累計(jì)變化出現(xiàn)負(fù)值。

（2）由圖3、4可知，第一道砼支撐在架設(shè)初期，由于承受基坑兩側(cè)的土壓力，支撐軸力會(huì)迅速增大直至穩(wěn)定，而在成功架設(shè)第二、三道鋼支撐之后，由于鋼支撐分擔(dān)了一部分土壓力，導(dǎo)致砼支撐軸力減小或增長(zhǎng)趨勢(shì)放緩。在第三道鋼支撐拆除的過程中，兩側(cè)土體逐漸失去第三道支撐的支撐作用，土壓力重新分配到第一、二道支撐，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)第一、二道支撐軸力驟然增大，待第三道鋼支撐完全拆除之后，軸力變化趨于穩(wěn)定。

（3）本次監(jiān)測(cè)鋼支撐軸力均較小，最大值小于規(guī)范要求的控制值，表明鋼支撐是安全可靠的，同時(shí)說明了鋼支撐的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行優(yōu)化，減少材料的浪費(fèi)。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析來看，支撐軸力的變化幅度在可控的范圍內(nèi)，均未超過控制值，故判定基坑的圍護(hù)體系始終處于安全穩(wěn)定的良好狀態(tài)。

4 結(jié)語

在基坑施工過程中，支撐軸力變化并不是單一不變的，其變化波動(dòng)起伏但又存在一定規(guī)律，出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是由于外部環(huán)境、荷載、及現(xiàn)場(chǎng)施工情況等不斷變化。[6]因此，在整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中，應(yīng)對(duì)支撐軸力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并記錄外部環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度等詳細(xì)信息，結(jié)合所記載信息對(duì)支撐軸力的變化進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，?zhǔn)確的預(yù)測(cè)基坑變形趨勢(shì)并及時(shí)提出預(yù)警，為基坑工程安全施工進(jìn)行有效的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

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