地鐵某車站深基坑開挖變形特性研究

于 燕 時 宇

1上海城建市政工程（集團）有限公司遼寧分公司（110000）

2上海城建市政工程（集團）有限公司（200000）

1 工程概況

1.1 概述

長白北站為島式站臺車站，站臺寬度為12m，車站主體結(jié)構(gòu)總長239.9m。車站為雙層三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，頂板覆土厚度為3m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.5m，底板埋深約16.45m；盾構(gòu)段寬24.9m，底板埋深為18.05m。本車站主體部分采用明挖順作法進行施工，基坑的圍護采用鉆孔灌注樁，并在坑內(nèi)設(shè)內(nèi)支撐。主體為箱型的框架結(jié)構(gòu)，并且主體外設(shè)有防水層。車站共設(shè)出入口4個、地面風(fēng)亭2組、安全疏散出入口1個、無障礙電梯1個、消防水池1個。長白北站～長白島站區(qū)間沿線場地的車流和人流量較大，局部為綠化帶和居民樓，沿線路走向（南京南街西側(cè)）分布有軍用光纜一條，距離基坑較遠。

1.2 地質(zhì)條件

車站基坑各層土的特征:①素填土（Q4ml）:黏性土，層厚0.8~7.1m；②黃土狀土（Q4al）:粉土，局部粉質(zhì)黏土，層厚1.5~7.0m；③卵石（Q4al）:顆粒的母巖主要是灰?guī)r和花崗巖，層厚10.0~14.8m；④強風(fēng)化砂巖（E1-2）:細粒結(jié)構(gòu)，成巖的作用低且遇水時容易軟化。

1.3 水文條件

本工程勘察期間鉆探深度范圍內(nèi)觀測到一層地下水，地下水類型為潛水。據(jù)現(xiàn)場實地調(diào)查，場地北側(cè)與渾河相距約600m；南側(cè)約700m處路東側(cè)有一施工工地正在進行施工降水，基槽深度約13.5 m，水位在槽底以下1.5～2.5m。

1.4 工程環(huán)境

1.4.1 周邊地下管線

長白北站施工場地內(nèi)存在較多管線，施工時需對其進行永久或臨時改移。其中有一根200mm×200mm的通信光纖橫跨基坑，需懸吊保護。A、D出入口暗挖通道垂直下穿1根DN800mm給水管、1根DN900mm給水管、2根DN800mm排水管。

1.4.2 周邊建構(gòu)筑物

長白北站臨近深航翡翠城居民區(qū)4棟居民樓，均為33層高層剪力墻結(jié)構(gòu)，埋深7m；深航翡翠城居民樓距離主體結(jié)構(gòu)水平凈距最小為21.35m，距離C出入口12.2m，根據(jù)風(fēng)險源劃分原則，屬于三級風(fēng)險源；長白北站臨近1棟3層售樓處，埋深3.7 m，距離基坑邊線約19m，售樓處距離1號風(fēng)亭10.6 m；遠洋天地居民樓臨近長白北站A、D出入口，A、D出入口暗挖通道垂直下穿DN800mm給水管、DN800mm排水管，豎向最小凈距約2.91m。

2 監(jiān)測基坑的變形

2.1 監(jiān)測點和監(jiān)測項目

結(jié)構(gòu)監(jiān)測平面圖顯示的監(jiān)測點及監(jiān)測項目為：22個監(jiān)測點對樁頂?shù)乃轿灰七M行監(jiān)測，14個監(jiān)測點對樁體的水平位移進行監(jiān)測，22個監(jiān)測點對樁頂?shù)拇怪蔽灰七M行監(jiān)測，13個監(jiān)測點對地下的水位進行監(jiān)測，12個斷面共計48個監(jiān)測點對支撐軸力進行監(jiān)測，50個監(jiān)測點對地表的沉降進行監(jiān)測，36個監(jiān)測點對地下管線的沉降和水平位移進行監(jiān)測，24個監(jiān)測點對建筑物的沉降進行監(jiān)測，15個監(jiān)測點對建筑物的傾斜進行監(jiān)測。

2.2 監(jiān)測點

車站的主體圍護采用C30等級混凝土鉆孔灌注樁，直徑為1200mm，樁間距為1.5m；支撐使用鋼管焊接，第一道支撐位于冠梁上，第二、第三、第四道支撐位于鋼圍檀上。

2.3 監(jiān)測結(jié)果

2.3.1 樁頂位移

樁頂位移由內(nèi)支撐附近和內(nèi)支撐之間的兩個監(jiān)測點測得，樁頂水平位移的絕對值隨時間的增加而提高，從7月份開挖至9月份，最大的水平位移為-10.5mm，處在警界范圍內(nèi)，而內(nèi)支撐之間的監(jiān)測點位移和內(nèi)支撐附近的監(jiān)測點位移則變化十分平緩，說明內(nèi)支撐可以有效控制樁頂?shù)奈灰啤?/p>

表1 模型土層的相關(guān)參數(shù)

2.3.2 樁體位移

每周的詳細監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，監(jiān)測點樁身的水平位移伴隨時間的增加而增加，離樁頂約2m處的位移變化穩(wěn)定，然后又快速地發(fā)展，并且樁身2/3的位置位移最高，隨后則以不高于上升時的速度降低，樁底的位移則在0值上下波動，可以忽略不計。并且隨著基坑的加深，各水平的位移w隨時間而逐漸加大，最后趨于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3.3 地表沉降

總共選取8個監(jiān)測點，分別是ZT5-1、ZT5-2、ZT5-3、ZT7-1、ZT8-2、ZT9-1、ZT9-1、ZT1-1，由其對地表的沉降和基坑開挖之間的聯(lián)系進行分析。ZT7-1、ZT9-1和ZT10-1位于基坑橫向平行線，并且十分靠近基坑的中心，另外，ZT8-2和ZT9-2也是類似的監(jiān)測點；監(jiān)測結(jié)果顯示:ZT7-1、ZT9-1、ZT10-1、ZT8-2、ZT9-2等監(jiān)測點的沉降變化大致相同。ZT5-1、ZT5-2、ZT5-3則是位于基坑縱向平行線的監(jiān)測點，根據(jù)順序逐步離基坑漸近，ZT5-2監(jiān)測點表現(xiàn)出的沉降變化趨勢最大，然后是ZT5-3和ZT5-1；監(jiān)測結(jié)果表明，離基坑的位置越近則沉降越大，并且沉降發(fā)生的變化也大。

3 數(shù)值模擬對比

3.1 模型參數(shù)

本次構(gòu)建的模型類型為二維模型，對材料的分類則利用總應(yīng)力的參數(shù)，而材料的模型為彈塑性模型，大小為90m×60m，x軸是基坑的寬度，y軸則是開挖的深度。將模型的兩側(cè)邊界條件設(shè)定為x，底的邊界條件設(shè)定為X/Y，設(shè)定基坑的兩側(cè)超載20 kPa?；拥纳疃葹?4m，而在其內(nèi)外的降水深度是-24.5m，樁頂高程為-1.5m，嵌固的深度為7.5 m，第一道、第二道、第三道、第四道支撐的施加預(yù)應(yīng)力分別為200kN、500kN、700kN、700kN。模型土層的具體參數(shù)見表1。

3.2 監(jiān)測結(jié)果與模擬結(jié)果的比較

通過相同的監(jiān)測點對監(jiān)測和模擬開展計算和分析，對比樁身與樁頂?shù)乃轿灰?。在對比模擬與監(jiān)測的結(jié)果時，主要選擇模擬的第4步、第8步、第12步等基坑開挖時的工況進行對比分析，并與實際的對應(yīng)開挖工況結(jié)果比較。第4步與監(jiān)測的結(jié)果比較，兩者樁身位移的發(fā)展趨勢大致相同，最大的水平位移為-10m；第8步與監(jiān)測結(jié)果對比，顯示位移逐步變大，最大位移為-15m；第12步與監(jiān)測結(jié)果對比，顯示兩者的最大水平位移相同，進而說明伴隨基坑開挖和加撐，樁頂表現(xiàn)出的水平位移則越來越小。就模擬和監(jiān)測的結(jié)果對比來講，模擬結(jié)果變化的速率小，主要是因為模擬時不能將現(xiàn)實的各種影響因素完全考慮進去[1-2]。而通過結(jié)果顯示雖然存在一些誤差，但計算的變化趨勢大致相同，進而表明模擬分析是可行的，由此證明模擬分析可以呈現(xiàn)出變形的特性[3]。

4 結(jié)論

基于實際的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，對基坑附近的沉降和位移的變化規(guī)律進行分析，得出以下結(jié)論:

1）樁頂?shù)乃轿灰谱兓蜆杜c鋼支撐的距離相關(guān)。當(dāng)樁與鋼支撐的距離越近時，發(fā)生的水平位移則越小，由此表明鋼支撐可以有效地控制樁頂?shù)乃轿灰啤?/p>

2）地鐵地表的沉降與監(jiān)測點離基坑的邊距相關(guān)。與基坑的邊距相同時，地表的沉降發(fā)生的相關(guān)變化大致相同；而離基坑越近，受到的影響就越大。

3）樁身的水平位移伴隨基坑深度的增加而表現(xiàn)為先快后慢、先陡后緩的發(fā)展變化，并且在樁身2/3位置顯現(xiàn)最大的位移值。