天津某地鐵基坑支護結構及地表變形的探討

李 忠 偉

(天津市市政工程設計研究院測繪分院，天津 300000)

天津某地鐵基坑支護結構及地表變形的探討

李 忠 偉

(天津市市政工程設計研究院測繪分院，天津 300000)

結合具體工程實例，通過對基坑監測數據進行分析，從監測項目方面進行了論述，提出了基坑數據變化的分析方法，通過對數據的分析研究，達到了開挖過程變化最小的效果，解決了開挖過程中變形過大的問題。

地鐵，深基坑，變形規律，現場監測

1 深基坑變形規律研究現狀

隨著社會的快速發展，經濟的快速發展，環境污染成為當下人們最關心的問題之一，國家為了節能減排，大力提倡乘坐公共交通工具，主要城市都大力發展軌道交通，這些工程大多都位于城市密集的繁華區，而這些基坑越挖越深，越來越靠近大型的建筑，橋梁，河流等等，加上城市地下管線密布，特別是帶有壓力的管線，加大了基坑支護的難度，工程事故時時涌現，究其原因主要是受力特征、地質水文條件的復雜性和不確定性，土力學計算模型的計算假定與實際情況的出入等。所以研究深基坑變形規律對分析評價基坑穩定性和變形特征具有重要價值。目前，隨著數值計算方法的進步、計算機性能的迅速提高，FLAC3D和有限元建模在支護結構分析中得到了應用，對于基坑穩定性研究，畢肖普法、簡布的普遍條分法和塑性極限分析等給其研究奠定了充分的理論基礎。深基坑研究與支護是一門與許多因素相關的技術，有許多理論與實際問題都有待進行一步解決和完善。

2 深基坑開挖過程中的變形原理和影響變形的因素

1)深基坑開挖過程中的變形原理。

深基坑在開挖過程中會產生基坑自身的變形和基坑周圍環境的變形，主要包括地連墻的墻體(測斜)位移、基坑的基底回彈，周圍地表沉降、地連墻的墻頂豎向位移和水平位移等等，實際上基坑開挖的過程就是基坑土體的卸載過程，同時伴隨著基坑的降水過程，在基坑內外降水的過程中土體的硬度會變小、土體顆粒間的縫隙會變大導致周圍地表的下沉，在土體卸載的過程中，當基坑內外的土體壓力不相等的情況下，地連墻會向基坑內側偏移，與此同時會導致地連墻的上浮和地連墻豎向位移的上升以及地連墻水平位移向基坑內的偏移，同時與基坑的支護形式和結構有關。

2)深基坑開挖過程中變形的主要影響因素及控制措施。

從上述的深基坑變形機理中可知，影響深基坑變形有多個因素：a.支護形式與結構。根據具體的地質、水文、環境條件，采取相應的支護形式與結構以達到更好的支護效果。b.地下水控制。地下水是影響基坑變形的主要因素之一，因此，要嚴格按照設計要求和地質勘探的結論采取合理的降水措施，同時確保每一幅地連墻的接縫完好，防止漏水?？傊瑧鶕唧w的施工環境制定合理、可行、有效的地下水控制措施以控制基坑變形。

3 天津地鐵6號線金鐘街站主體結構開挖過程中的圍護結構變形研究

3.1 監測方案設計

1)監測目的。

地鐵基坑往往設計在人口密集的居住區、繁華的商業區，而且隨著技術發展的日新月異，深基坑離高層建筑、地面構筑物、建筑物、道路橋梁、河流、地下管線設施越來越近，因此工程風險在逐漸的加大，不容許有半點馬虎，稍有大意就會對基坑自身的安全造成危害，會對基坑周圍的建筑物、構筑物、道路橋梁、地下各種管線設施造成破壞，后果是非常嚴重的，所以采取有效的監測是十分重要的。按照國家相關部門及規范技術文件的要求，需要對基坑工程實施安全監測。

2)監測的內容。

監測內容見表1。

表1 監測內容

3.2 基坑監測數據的分析

1)墻體深層水平位移變化規律見圖1～圖3。

根據圖1～圖3分析可知，地連墻的墻體水平位移始終向基坑內偏移，但是由于地連墻的自身的穩定性以及墻體外圍的大量注漿和鋼支撐的及時支撐的作用下，對墻體的水平位移向基坑內的偏移起到了很好的限制效果，在基坑開挖的整個過程中，地連墻的最大偏移量與基坑的開挖深度和時間有著很大的關系，在開挖到一定的深度沒有及時支鋼支撐的時候地連墻向基坑內的偏移速率比較大，隨著基坑的開挖逐漸加大和鋼支撐的及時支撐地連墻的變形曲線圖逐漸呈弓字形變化，其最大的變形量逐漸向下位移，地連墻中部的深層水平位移發展最快，變形量最大，當基坑開挖到底的時候，基坑底部的地連墻的變化率也是非常小的，此基坑由于基坑頂部采用混凝土支撐框架結構，該框架結構與地連墻緊緊相連，所以地連墻的頂端水平位移量也是很小的。由墻頂水平位移的變化曲線圖可以看出，墻頂水平位移變化非常的小而且數據比較穩定，由墻體水平位移變化曲線圖可以看出，墻體的最大變形處不在地連墻的頂部也不在地連墻的底部，而是大約在地連墻的1/2處，同時由圖可以看出每隔0.5 m處的墻體變形量。

由于墻體位移的測量使用電子傳感器元件，測量的時候受外界的影響比較小，在理論上，它與地連墻頂的水平位移的測量值是一致的，所以能有效的與全站儀所測的墻頂位移進行相互的校核。

由鋼支撐累計變化曲線圖可知，在開挖的初期，鋼支撐受力較小，隨著基坑的開挖加深，當開挖到基坑深度的1/2處時，墻體的變形最大，鋼支撐的受力最大。

2)周邊地表沉降和墻頂豎向位移變化規律見圖4,圖5。

由圖4，圖5分析可知，基坑周邊地面沉降在基坑開挖之前變化不大，趨于穩定，隨著基坑的開挖，土壓力的卸載，導致基坑內外土體失去平衡是地面下沉的原因之一，其次是坑內在降水，也是導致地面下沉的原因，到基坑開挖結束，底板澆筑28 d以后，地面最大的累計沉降量為-25.27 mm；地連墻墻體豎向位移在基坑沒有開挖之前的變化量很小，隨著基坑的降水和土體壓力的卸載，地連墻逐漸在上浮，最大上升量達到18.31 mm。

4 監測結論

1)在基坑開挖之前地面沉降比較穩定，隨著基坑開挖的加快和基坑內外的降水，基坑內外土體壓力的不平衡以及工程機械的碾壓等外界影響，地面沉降累計變化的速率比較大，在基坑開挖后期，地面沉降累計變化的速率逐漸趨于穩定。影響深基坑支護結構的變形速率因素有很多，主要有工程地質條件和水文地質條件、基坑的大小、基坑圍護結構的類型、周邊環境的影響、支護結構的形式、施工技術工藝等等，在施工期間應根據設計要求及工程技術規范嚴格執行，采用形象直觀，圖文并茂的現場監測，及時和相關部門了解和反饋監測變量信息。

2)樁身水平位移在一定程度上受到基坑兩側鋼支撐的限制作用。所以在大型基坑開挖時，一定要制定嚴密的施工方案，挖土要配合支撐施工，盡量減少時間效應，在保證工程樁、內支撐和降水設備的前提下加快施工速度。在土方開挖時務必遵循開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖的原則。最后得到在混凝土支撐和鋼支撐的作用下，本基坑地連墻的最大變形處不在基坑的頂端也不在基坑的底端，而是大約在基坑總深度的1/2處。

3)隨著基坑開挖深度的增加和鋼支撐的增加，圍護樁的水平位移和鋼支撐的軸力也隨之增大，地連墻深層水平位移以及鋼支撐的內力都比較穩定，證明鋼支撐能夠有效地對地連墻的傾斜起到支撐作用。

4)對基坑變形進行同步監測是基坑支護實現信息化施工的關鍵，也是基坑支護工程中不可忽視的一個重要環節。本文就監測取得的數據經整理后制成日報表和周報表，對各監測項目的結果進行匯總，繪制變化曲線圖并結合工況對各監測項目的變化情況進行描述，以便及時采取相應的措施，確保施工和周圍環境的安全。

[1] 趙志晉,趙 帆.深基坑工程技術的進步與管理[J].建筑技術,2003,34(2)：93-97.

[2] 占豐林,周玉瑩.基坑工程的研究動態與發展趨勢[J].山西建筑，2005,31(11)：4-9.

[3] 任建喜,高立新,劉 杰,等.深基坑變形規律現場監測[J].西安科技大學學報,2008,28(3)：445-449.

[4] 劉招偉,趙運臣.城市地下工程施工監測與信息反饋技術[M].北京:科學出版社,2006.

[5] 劉宗仁,劉雪雁.基坑工程[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2008.

[6] 中鐵隧道勘測設計院有限公司.天津地鐵6號線金鐘街站施工方案[Z].2014.

Inquiry on the subway foundation support structure and surface deformation in Tianjin

Li Zhongwei

(TianjinMunicipalEngineeringDesignInstituteMappingBranchInstitute,Tianjin300000,China)

Combining with specific engineering examples, through analyzing the foundation monitoring data, the paper makes a discussion from the aspect of monitoring project, puts forward foundation data alteration analysis methods, and analyzes and studies data. As a results, it achieves maximum excavation alteration effect, and solves extra excavation alteration problem.

subway, deep foundation, deformation law, field monitoring

1009-6825(2015)02-0194-02

2014-11-05

李忠偉(1984- )，男，助理工程師

TU463

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