地鐵車站深基坑支撐軸力變化規律分析

王華

摘要：隨著城市地鐵的大量修建，尤其是地鐵車站多采用明挖法施工就帶來了很多深基坑的問題。每一個深基坑所處的地質條件和水文條件各不相同，因此，進行深基坑的監測和變形研究就變得尤為重要。本文以昆明軌道交通某深基坑作為研究對象，根據現場的實測數據分析了該地區泥炭土質在施工過程中的支撐軸力隨著開挖的變形規律，通過這些規律認識昆明地區深基坑工程的特點，為該地區以后的類似工程提供一些經驗。

Abstract： Subway construction is increasing in cities， and subway station usually adopts cut and cover tunneling， causing a lot of deep foundation pit problems. The geological conditions and hydrological conditions of different deep foundation pits are different， so the monitoring and deformation research of deep foundation pit is very important. Taking a deep foundation pit in rail transit in Kunming as the research object， the deformation rule of the support axial force of peat soil in this region with the excavation is analyzed based on the measured data of the construction site. Through these rules， we can understand the characteristics of the deep foundation pit engineering in Kunming， and provide some experience for similar projects in the future.

關鍵詞：深基坑；支撐軸力；地鐵車站；現場實測

Key words： deep foundation pit；support axial forces；subway station；field measurement

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0130-02

0 引言

隨著城市化進程的快速發展，城市人口的密集化程度越來越高，不管是大城市還是中等城市，城市交通擁堵情況越來越嚴重，三維城市空間已成為城市發展的方向[1]。隨著地下鐵道以及高層建筑的大量修建，產生了很多的深基坑問題，這些深基坑問題又是工程建設的基礎施工的首要問題[2-3]。尤其在城市中的基坑工程面臨著場地狹窄、地下管線復雜、臨近建筑物密集的影響，并且每一個基坑工程面臨的工程地質條件也是不同，因此，對不同地質條件下的深基坑進行現場監測研究是十分必要的[4-6]，而且進行現場監測結果也可為以后該地區的同類工程提供技術資料。

1 工程概況

鐵車站位于昆明市北京路某段。該基坑的平面形狀大致為矩形，基坑長度為264.4m，標準段寬度為21.3m，兩端盾構井的寬度為25.4m，基坑標準段的開挖深度約為16.0-17.0m，北端盾構井深為17.9m，南端盾構井深為17.5m。基坑采用800mm的地下連續墻加水平支撐進行圍護，第一層鋼筋混凝土支撐中軸線位于地面下1.0m；第二道支撐采用雙頻鋼管支撐，下支撐中軸線位于地面下7.5m；第三道支撐采用鋼管支撐，支撐中軸線位于地面下13.2m。基坑兩端頭盾構井第一層鋼筋混凝土支撐，中軸線位于地面下1.5m，第二層鋼支撐，中軸線位于地面下6.0m；第三道鋼支撐，中軸線位于地面下10.2m；第四道鋼支撐位于地面下14.5m。

該地區所處的地質條件比較復雜，在該地區的地層中沉積了一層較厚的泥炭質土，厚度平均為4m，這種泥炭質土是在潮濕和缺氧環境中未經充分分解的植物遺體堆積而成的一種有機質土，它具有工程特性有：含水量高，約為w=40-90%甚至>100%、壓縮性高、流變性高，隨時間的次固結量大、強度低Cu<30kPa、滲透性差。這些性質對施工來說是十分不利的。

2 工程地質及水文地質

根據詳細的地質勘報告，該地區內主要地層分布為：

①第四系人工活動層（Q4ml）；

②第四系全新世沖洪積層（Q4al+pl）： ②1層粉質粘土，②2層粘土，②3層粉質粘土，②4層粉土，②5層泥炭質土；

③第四系上更新世沖洪積層（Q3al+pl）。在該地區地質條件較為復雜，各地層之間交錯分布，有一些地層只是在局部區域分布。

該地區地下水位受降雨量的影響較大，雨季最高水位接近修筑場地附近自然地表，干季地下水位大約為地表下2-4m，地下水類型主要包括上層滯水、孔隙承壓水。

3 支撐軸力數據分析

支撐軸力是深基坑監測的一項主要內容，通過監測支撐軸力隨著開挖的變化可以及時掌握基坑支撐的受力情況，同時也能知道基坑是否處于安全狀態，是一項比較直觀的監測項目。

支撐軸力的監測對于混凝土支撐采用鋼筋計、對于鋼支撐采用反力計進行監測，用相應的讀數儀器進行讀數，然后換算成軸力值。鋼筋計安裝在混凝土支撐的三分之一的位置上，反力計安裝時反力計的中心軸線必須和鋼支撐的中心軸線重合。

根據基坑施工過程中的監測資料，取北端頭井和棧橋處的支撐作為研究對象，北端頭井共設四道支撐，其中第一道為混凝土支撐，位于地面標高下1.5m處；第二、三、四道采用直徑為609mm，壁厚16mm的鋼管支撐。分別位于地面標高下6.0m、10.2m、14.5m的位置。棧橋處共設三道支撐，都采用直徑為609mm，壁厚為16mm的鋼管支撐，第一道支撐位于地面標高下1.0m；第二道采用雙頻鋼支撐，上撐位于地面標高下6.2m，下撐位于地面標高下7.0m；第三道支撐位于地面標高下13.2m處。

從圖1可以看出，斜撐ZL1-2的最大軸力值為1 698.67kN，基坑變形穩定后的軸力值為1243.13kN，基坑開挖到基底時的軸力值為1468.83kN，為最大軸力值的86%，為穩定時軸力的118%。斜撐ZL1-1的最大軸力值為1154.62kN，基坑變形穩定后的軸力值為882.54kN，基坑開挖到底時的軸力值為980.57kN，為最大軸力值的85%，為穩定后軸力值的111%。橫撐ZL1-3的最大軸力值為616.89kN，基坑變形穩定后的軸力值為424.66kN，基坑開挖到底時的軸力值為432.81kN，為最大軸力值的70%，為變形穩定后軸力值的102%。ZL3-1的最大軸力值為816.49kN，變形穩定后的軸力值為791.13kN，基坑開挖到底時的軸力值為576.32kN，為最大軸力值的71%，為變形穩定后軸力值的73%。ZL4-1的最大軸力值為189.48kN，變形穩定后的軸力值為187.20kN，基坑開挖到底時的軸力值為113.26kN，為最大軸力值的60%，為變形穩定后軸力值的61%。

支撐的軸力值在它的下一道支撐架設并施加預應力之后，其軸力值有所減小，在曲線上表現為一定的下降段。隨后上部支撐與下部支撐共同承擔墻體傳遞過來的土壓力。同時還可以看出在同一個斷面上的軸力值，上部撐的所承受的軸力值比下部撐的大。第一道支撐的軸力值大約為第三道支撐軸力值的2倍，斜撐承受的壓力比橫撐大很多，基本為橫撐的2～3倍。

從圖2可以看出，ZL1-10的最大軸力值為1049.25 kN，基坑穩定時的軸力值為845.65kN，基坑開挖到底時的軸力值為988.10kN，為最大軸力的94%，為穩定時軸力值的117%。ZL2-8的最大軸力值為376.43kN，穩定時的軸力為372.49kN，基坑開挖到底時的軸力值為279.29kN，為最大軸力值的74%，為穩定時軸力的75%。ZL3-8的最大軸力值為453.43kN，穩定時軸力值為445.54kN，基坑開挖到底時的軸力值為328.14kN，為最大軸力值的72%，為穩定時軸力值的74%。

第二道支撐和第三道支撐軸力的變化曲線十分接近，都是在拆撐前軸力達到了最大值，基坑開挖到底時的軸力值為最大值的73%左右，并且隨著時間是逐漸增大的，為第一道支撐軸力值的50%左右。

4 結論

通過對實測數據的分析，可以得到如下結論：

①第一道支撐所承受的軸力值大約為第二道支撐軸力值的2倍多，斜撐所承受的軸力值比橫撐大更大。

②基坑開挖到底時第一道支撐的軸力達到了穩定時軸力的110%左右，第二道支撐的軸力達到了穩定時軸力的75%左右。

③基坑開挖過程中支撐的軸力值的大小與支撐架設的時機、施加的預應力、溫度、施工過程等有很大關系。

④在支撐開始承受作用力之后的很短一段時間內，軸力的增長速度很快，在隨后的基坑開挖過程中，隨著墻體水平位移的不斷增大，支撐軸力的變化量都不是很大。

⑤支撐軸力的變化規律存在著明顯的“時空效應”。

根據本文所得的結論，在基坑施工過程中應該注意：

①采取合理強度及剛度的支護措施，尤其要注意支護結構施作的時間。

②在開挖施工的過程中必須嚴格遵守施工程序，嚴格按照分層進行開挖并做到“先撐后挖”。

③深基坑施工中要重視施工變形監測這一環節，這對保證基坑工程施工的安全至關重要。

參考文獻：

[1]張輝，王建華.地鐵車站基坑變形的影響因素和控制措施分析[J].建筑施工，2010，32（2）：134-136.

[2]陳建國，胡文發.深基坑支護技術的現狀及其應用前景[J].城市道橋與防洪，2011（1）.

[3]桂國慶，涂鏗.深基坑工程的研究現狀與發展趨勢[J].工程力學增刊，2000：406-412.

[4]賀俊，楊平，張婷.復雜條件下深基坑施工變形控制及周邊環境監測分析[J].鐵道建筑，2010（7）：96-99.

[5]高文華，沈蒲生，楊德林.基坑開挖中地層移動的影響因素分析[J].巖石力學與工程學報，2002（8）：1153-1157.

[6]李淑，張頂立，房倩，等.北京地鐵車站深基坑地表變形特性研究[J].巖石力學與工程學報，2012（1）.