寧波地鐵車站深基坑地下連續(xù)墻變形特征研究

胡增輝，竺曙東

（寧波市軌道交通集團有限公司，浙江寧波 315000）

地鐵車站深基坑工程作為城市軌道交通工程的主要內(nèi)容，其安全成為重點關注的對象。寧波地區(qū)軟土既有強度低、壓縮性高等一般軟土的共性，又有天然含水量高、土體幾乎完全飽和、流變特性顯著等特有的個性。處于該類軟土地區(qū)的深基坑工程，其變形大小和變化規(guī)律不僅關系到基坑本體的安全，更對基坑邊建（構）筑物、管線等周邊環(huán)境有著重大影響。因此，本文對寧波軟土地區(qū)的地鐵車站深基坑變形特性進行研究。

1 工程概況

本車站為地下二層島式車站，車站全長 175 m，標準段寬度 17.3 m，端頭井寬度 21.2 m，標準段基坑開挖深度16.41 m，端頭井開挖深度 18.15 m。車站主體結構圍護采用 800 mm 厚地下連續(xù)墻，標準段地下連續(xù)墻墻深32 m，端頭井地下連續(xù)墻墻深 36.5 m。主體結構基坑底部采用水泥攪拌樁抽條加固，端頭井裙邊加固，加固范圍為基坑底下 3 m，攪拌樁加固體與地下連續(xù)墻之間間隙采用高壓旋噴樁填充。

車站采用明挖順筑法施工，標準段沿基坑深度方向設置 5 道支撐，第 1 道采用鋼筋混凝土支撐，其余 4 道為鋼支撐。端頭井沿基坑深度方向設置 5 道支撐，其中第 1 道采用鋼筋混凝土支撐，第 4 道采用雙拼鋼支撐，第 2、3 和 5 道采用單拼鋼支撐。施工工況 1（挖深1）～工況 7（挖深 7）分別對應開挖第 1 層土～第 7 層土（圖 1）。

圖1 基坑圍護結構及分步開挖示意圖

2 地下連續(xù)墻變形特性分析

基坑工程在施工之前，根據(jù)周圍環(huán)境保護要求和基坑自身安全要求，依據(jù)規(guī)范規(guī)程確定基坑的保護等級，施工過程中按照一定的工序和工藝進行。隨著工況的轉變，基坑的狀態(tài)發(fā)生動態(tài)變化，通過對布設于地下連續(xù)墻內(nèi)的測斜管的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，探討連續(xù)墻的變形特性。

2.1 測斜管布設及測量方法

2.1.1 測斜管布設

（1）測斜管應布設在基坑周邊中部、陽角處及有代表性的位置，不得設置在支撐位置。

（2）沿區(qū)間縱向約 30 m 布設 1 個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面監(jiān)測點數(shù)量不少于 2 孔。

（3）監(jiān)測點的布設位置與連續(xù)墻頂部水平變形和豎向變形監(jiān)測點處于同一斷面。

地下連續(xù)墻測斜管具體布設見圖 2。

圖2 地下連續(xù)墻側斜管布設圖

2.1.2 測量方法

（1）觀測前用模擬探頭檢查測斜管導槽通暢情況。

（2）啟動測斜儀，將探頭導輪插入測斜管的導槽內(nèi)，緩放至孔底。

（3）探頭在孔底停留 15 min 后開始自下而上沿孔深 0.5 m 間距測讀一次，記錄測量深度與相應讀數(shù)。

（4）每次測量時，將測斜儀探頭輕輕滑入預埋的測斜管底部，自下而上每隔 0.5 m 向上拉線并讀數(shù)，測定測斜儀與垂直線之間的傾角 θ 變化，計算出不同深度部位的水平變形。

（5）將探頭旋轉 180°，插入同一對導槽內(nèi)放到孔底，等待 5 min，按（1）～（4）步驟沿孔深重復測量一次。

（6）測斜要定測量基準值時，連續(xù)平行測量 2 次以上，并對比 2 次以上的測量值是否接近，若接近則取平均值作為測量基準值。

測量原理如圖 3 所示。

圖3 測斜裝置測量原理示意圖

2.2 不同挖深工況下連續(xù)墻水平變形

2.2.1 墻體水平變形隨挖深變化

圖4 給出了車站深基坑標準段地下連續(xù)墻在不同工況下，墻體水平變形速率較大的 6 處測點 CX04、CX14、CX05、CX13、CX07、CX11 的測斜管監(jiān)測結果。圖 5 給出了該 6 處測點水平累計變形隨開挖深度增加的變化曲線。CX04 與 CX14、CX05 與 CX13 以及 CX07 與 CX11 分別在同一斷面上。

圖4 連續(xù)墻水平變形速率隨挖深的變化曲線

圖5 連續(xù)墻水平累積變形隨挖深的變化曲線

由圖 4、圖 5 可知，連續(xù)墻墻體水平變形速率隨挖深增加變化較為穩(wěn)定，除 CX14 測點在開挖第 5 層土時水平變形速率較大外，其余測點水平變形速率大多控制在 3 mm/天以內(nèi)，且各測孔的最大水平變形均控制在 40 mm 以內(nèi)，不超過 2.5‰ h（h 為基坑開挖深度），滿足車站基坑變形控制要求。

表1 給出了 6 處測點在不同挖深工況下對應的連續(xù)墻墻體水平累計變形占總變形的比重情況。由表 1 可知，開挖第 4 層土時的水平累計變形占總變形的比例最大，應重點控制開挖第 4 層土時的墻體水平變形。開挖第 6 和第 7 層土時的水平累積變形均較小，說明基坑在開挖到底層后，由于基坑底部土層開挖且基底澆筑墊層，水平變形得到控制。

表1 不同挖深工況下連續(xù)墻水平累計變形占比 %

2.2.2 墻體水平累計變形隨挖深變化

圖6 給出了連續(xù)墻標準段 CX04、CX07 和 CX13 等3 個測點的連續(xù)墻水平累計變形隨挖深的變化曲線。

由圖 6 可知，首道支撐采取混凝土支撐可以有效控制連續(xù)墻頂水平變形，在整個基坑開挖過程中可近似認為墻頂位置固定；架設首道支撐后，隨著開挖深度的加深，墻體水平累計變形曲線特征表現(xiàn)為墻頂和墻底兩端變形小并趨于收斂，中間變形大，最大水平變形發(fā)生位置隨開挖深度的增大而逐漸向下移動，最終在開挖到基坑底面時，深度為 15～20 m 左右的墻體水平累計變形達到最大值。

圖6 連續(xù)墻水平累計變形隨挖深的變化曲線

3 施工控制措施

根據(jù)本工程施工場區(qū)內(nèi)①3層灰色淤泥質(zhì)黏土、②2-1 層灰色淤泥和②2-2 層灰色淤泥質(zhì)黏土均為高靈敏度軟弱土層特點，基坑開挖時充分利用“時應效應”理論，采用“化整為零”施工技術，劃分開挖單元，并做到“隨挖隨撐”。

3.1 基坑變形控制原則

（1）基本原則。分段、分層、分單元、分塊、對稱、平行，留土護壁。

（2）分段原則。根據(jù)結構施工段，按施工工期、管線保護、交通組織要求劃分開挖階段。

（3）分層原則。根據(jù)豎向支撐道數(shù)分層開挖，每層挖深至同層支撐中心下約 30 cm。

（4）放坡原則。每層按 1 ∶ 2.5 放坡，縱向總坡比控制在1 ∶ 3。

（5）開挖單元。按基坑縱向每開挖 1 個單元架設2 道支撐的原則劃分開挖單元。

（6）分塊原則。端頭井、加寬段等設置斜撐部位先挖，直撐段后挖。對于直撐段，按先中間后兩側的原則分塊。

3.2 無支撐暴露時間控制

施工過程中發(fā)現(xiàn)，通過減少每步開挖到支撐完畢的時間，即無支撐暴露時間，可明顯控制地下連續(xù)墻的水平變形。本工程在開挖過程中對各層土的無支撐暴露時間具體要求如下。

（1）第 2～第 6 層土開挖單元長度約為 6 m，即每次只挖 2 根支撐（斜支撐 3 根）的范圍。

（2）第 2、第 3 層土方要求無支撐暴露平均時間控制在 13 h，其中土方開挖 7 h，支撐架設 5～6 h。

（3）第 2、第 5、第 6 層土方要求無支撐暴露平均時間控制在 16 h，其中土方開挖 10 h，支撐架設 5～6 h。

4 結論

（1）該地鐵車站深基坑連續(xù)墻變形主要發(fā)生在工況 5 階段（開挖第 5 層土），通過在基坑開挖過程中重點控制該階段的施工質(zhì)量，使基坑開挖過程中地下連續(xù)墻變形速率和累計值控制均達到了規(guī)范要求。

（2）隨著開挖深度的加深，墻體水平累計變形曲線特征表現(xiàn)為墻頂和墻底兩端變形小并趨于收斂，中間變形大，最大水平變形發(fā)生位置隨開挖深度的增大而逐漸向下移動。

（3）當墊層澆筑完成后，墻體水平變形速率得到控制，但未停止變形，滯后性明顯。

（4）基坑開挖時充分利用了“時應效應”理論，采用“化整為零”施工技術劃分開挖單元，并做到“隨挖隨撐”。通過減少每步開挖到支撐完畢的時間，即控制無支撐暴露時間，明顯減少了地下連續(xù)墻的水平變形。

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