福州某地鐵基坑支護結構變形監測分析

陳捷敏

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著我國城市的經濟快速發展，地鐵作為一種便捷的交通方式[1]，更快地走進了人們的生活。目前，地鐵車站均布設在城市主要繁華地段，鄰近建筑物和周邊地下管線較多，周邊環境較為復雜，地鐵車站一般采用明挖方法，基坑支護采用連續墻(樁)加鋼管(或鋼筋混凝土)撐，但也有部分工程，其支護形式因受場地條件的限制，采用逆作法施工。就目前而言，逆作法施工，其變形受力特征較少進行研究。基此，本文根據福州市軌道交通2號線工程某站深基坑大量的施工監測資料，進行整理、分析、總結，得到了逆作法施工中地下連續墻的變形、受力規律及其影響因素，希冀能為類似工程提供借鑒參考。

1 工程概況

該工程位于福州市臺江區工業路與白馬南路交叉口西側。車站北側侵入工業路約9.5m，南側靠近三迪家居廣場地下室，距其地下室邊線約3.73m。工業路現狀路面寬30m，車流量大，寧化路現狀道路寬約12m，車流量較大。白馬河距車站東側端頭井約5m，河寬16m～30m。工業路地下存在給水管、煤氣管、雨水管、污水管、電力管、通訊管、軍用管等多種管線。車站為地下3層島式站臺車站，雙柱三跨箱形框架結構，車站標準段挖深約23m～24.1m，北側與中防萬寶城人防工程坑中坑相連接(深度約8m～11m)；西側與中防萬寶城人防工程坑中坑相連接(深度約11.4m)。車站南側與2號風亭相接的坑中坑基坑深度約8m～10m(圖1)。車站與中防萬寶城人防工程同期實施，采用蓋挖順筑法施工。

根據巖土工程勘察報告,場地土層自上而下依次為：雜填土，粘土，淤泥，淤泥夾砂，(含泥)中砂，(含泥)粗中砂，卵石(砂質填充)，強風化花崗巖(砂土狀)，中風化花崗巖。區間地下水按埋藏條件分為上層滯水和承壓水兩種類型，其中承壓水按賦存介質又可分為松散地層類孔隙承壓水和基巖風化巖孔隙-裂隙承壓水。

圖1 車站主體基坑圍護剖面圖

2 周邊環境及風險評估

2.1 周邊環境

上文所述，地鐵寧化站位于工業路與白馬南路交叉口西側，沿工業路設置，呈東西走向。車站北側侵占工業路約9.5m，南側標準段距離三迪家居廣場的地下室邊線約3.73m，東側端頭井距離白馬河約5m，河寬約16m～30m。工業路原路面寬30m，車流量大，寧化路原路面寬約12m，車流量較大。工業路地下存在給水管、煤氣管、雨水管、污水管、電力管、通訊管、軍用管等多種管線。

2.2 風險評估

①兩側道路車流量大，車輛動荷載將產生較大的不利影響；②地下管線較多，特別是自來水管、天然氣管、雨水、污水；③與周邊建筑物距離較近，土方開挖或坑外降水可能引起地面和建筑物的沉降及傾斜；④車站與萬寶人防工程存在施工對接風險。

3 監測難點

該站采用蓋挖逆作法施工，與擬建中防萬寶城人防工程同期施工無縫連接且部分頂板施工結束后，將全線恢復道路通車，因此給監測工作帶來了很大的監測困難及設備保護困難。

4 監測方法

①地下連續墻(樁)頂水平位移；②支護結構側向變形、土體側向變形監測項目采用測斜儀進行監測，觀測方法：用測頭檢查測斜管導槽；使測斜儀測讀器處于工作狀態，將測頭導輪插入測斜管導槽內，緩慢地下放至管底，然后由管底自下而上沿導槽全長每隔0.5m讀一次數據，記錄測點深度和讀數。測讀完畢后，將測頭旋轉180°插入同一對導槽內，以上述方法再測一次，深點深度同第一次相同；每一深度的正反兩讀數的絕對值宜相同，當讀數有異常時應及時補測；③鋼支撐軸力；④梁、板內力；⑤采用幾何水準測量方法，使用Trimble DINI03電子水準儀觀測，采用電子水準儀自帶記錄程序，記錄外業觀測數據文件，并按照相關規范及設計要求進行觀測。采用閉合水準路線時可以單程觀測，采用附合水準路線形式觀測必須進行往返測，取兩次觀測平均高差進行平差。觀測順序：往測：后、前、前、后，返測：前、后、后、前。⑥地下水位觀測設備采用SWJ-80型鋼尺水位計，觀測精度為1mm，其觀測原理：水為導體，當測頭接觸到地下水時，蜂鳴器發出連續不斷的蜂鳴聲響，此時讀寫出鋼尺電纜在管口至水面標尺刻度，讀數為地下水位離管口的距離，再通過固定測點的標高及與地面的相對位置換算成從地面算起的水位埋深及水位標高。

5 監測結果分析

5.1 連續墻深層水平位移監測分析

在基坑支護結構變形監測中，選出不同埋設位置監測點(圖2)作為該車站深基坑在開挖過程中的連續墻深層水平位移進行分析[1]。負二層的基坑短邊中點部位QCX1#測點的最大變形值分別為6.19mm，而長邊中點QCX11#、QCX14#測點最大變形值分別為5.25mm、6.23mm。地面上的基坑短邊中間部位QCX9#測點的最大變形值分別為8.05mm，而長邊中點QCX4#、QCX7#測點最大變形值分別為8.14mm、6.02mm。因此，在地鐵車站深基坑施工過程中[1]，應對短邊中間測點、長邊之間測點等部位增加監測頻率。

圖2 連續墻深層水平位移監測點位圖

根據圖3，基坑支護的變形曲線一般呈波浪形，通常測點位于土方開挖面以上1m～2m范圍內，最大水平位移隨開挖深度的增加。由于原土體受開挖擾動，導致開挖面應力釋放，土體向基坑內側運動，擠壓連續墻向基坑內側變形。隨著土方的不斷開挖，開挖面的應力隨之增大，連續墻持續不斷地向基坑內側偏移。基坑開挖到底以及底澆筑工作的展開，變形速率呈減少趨勢。

圖3 為各監測點累計水平位移曲線

由圖3可以看出，連續墻變形的過程與施工的進展情況基本吻合，為科學合理的安排施工提供了指導作用。從土體深層水平位移監測結構來看，可以得出如下結論：①土方開挖期間的變形曲線與以往工程類似，曲線呈波浪形；②基坑在路面以下-2m～-23m處變形量最大；③在開挖過程中，支護墻位移逐漸增大；后期，隨著底板的澆筑以及其他施工工序的進行，墻體變形速率逐漸減少并趨于穩定。

5.2 地表沉降監測分析

地表沉降對周邊地下管線、建(構)筑物的安全會產生一定影響因素，若不及時處理將造成損失。選取東側端頭井南側和標準段南側寧化路的原現狀地表沉降監測斷面作為分析對象，垂直于基坑邊每個監測斷面布置5個監測點，圖4～圖5為斷面各測點的地表累計沉降曲線。

圖4 DBC11-1～11-5#監測點地表沉降曲線

圖5 DBC4-1～4-5#監測點地表沉降曲線

從圖4～圖5曲線可以看出：基坑開挖施工期間，車站主體的東側端頭井南側周邊(DBC11-1～11-5#監測點)地表累計沉降為-13.00mm～-17.37mm，沉降基本正常，各測點在整個基坑開挖中未出現突變，累計沉降未達到報警值。車站主體的標準段南側寧化路的地表(DBC4-1～4-5#監測點)累計沉降為-26.34mm～-68.82mm，沉降偏大, 已超過設計報警值(25mm)。分析其原因：基坑周邊地表下降幅度偏大，主要原因是因支護結構局部止水效果不夠理想，基坑側壁滲水、漏水、流沙現象，以及道路行車等影響。但經過底板及內襯墻的澆筑后，沉降速率逐漸減少并趨于穩定。

5.3 地下水位觀測分析

該場地存在強透水含水層，地下水豐富，地下水位監測主要對地下結構開挖期間或開挖后支護結構的止水狀態進行監控，以防止支護結構滲漏水引起坑外大量水土向坑內流失，從而導致基坑部分破壞、周圍地面沉降、周邊建筑物破壞或地下管線破壞。

圖6 DSW1～DSW2#監測點地下水位曲線

從圖6曲線可以看出：在基坑開挖過程中，車站主體的標準段南側寧化路周邊DSW1～DSW2#地下水位累計變化-4.252m～-4.724m，水位變化較大, 均已超過設計報警值，于2017年3月12日發出預警通知單。 經巡視檢查，該基坑側壁部分位置有滲漏點。分析其原因，基坑周邊地下水位下降幅度較大，主要原因是因地連墻結構交接處局部位置止水效果比較差，基坑施工降水及側壁部分位置有滲水、漏水、流沙、周邊地下空間基坑施工降水等影響。但經過底板及內襯墻的澆筑后水位下降有所減少。

5.4 立柱沉降觀測分析

立柱對支撐體系起到一定的支承和約束作用，其沉降特別是立柱之間的差異沉降、立柱和地下連續墻的差異沉降，將直接影響支撐體系及的安全穩定性，故應加強對其豎向位移監測。由于基坑開挖面積大、開挖深度大，通過監測立柱頂端的高程變化，得到施工階段立柱樁之間、立柱樁與圍護墻之間的差異沉降。

從圖7曲線可以看出：基坑開挖施工期間，立柱沉降小，變化基本正常，各測點在整個基坑開挖中未出現突變，累計最大值未超過設計報警值(30mm)。底板的澆筑后以及其他施工工序的進行，變形速率減少并趨于穩定。

圖7 立柱樁的累計沉降變化曲線

6 結論

地鐵車站基坑開挖施工過程中的變形監測結果進行了分析[2]，對不同開挖層次下基坑周圍地表的沉降、基坑支護樁(墻)體水平位移和立柱沉降的變化規律進行了對比分析[2]，得出如下結論及建議：

(1)該工程基坑大部分變形較小，未超出報警值。表明地連墻結構沉降、傾斜、彎曲剛度十分良好，基坑總體安全。

(2)基坑周邊地表下降幅度偏大，主要原因是因地下連續墻連接處局部止水效果不夠理想，基坑側壁滲水、漏水、流沙現象，以及道路行車等影響，造成地表沉降報警的一個原因。

(3)蓋挖逆作法施工中，立柱沉降在監測過程中，各點累計沉降均在允許范圍內，立柱沉降基本正常。

(4)根據該工程基坑監測的情況，提出以下幾點建議：①基坑支護設計和支護結構施工是基坑安全施工的前提，所以在進行支護結構施工時嚴格按照設計方案施工，確保基坑施工的重要性。②地連墻支護結構的施工質量直接決定坑外水位變化結果。③在基坑施工過程中，嚴禁在基坑邊堆放大量重型物品，控制基坑邊重型車輛的通行。

綜合以上結果監測分析判斷，該工程基坑開挖期間，支護結構變形受力基本正常，對周邊地表道路變形影響不大，該工程支護設計和施工總體上是成功的。