地鐵車站深基坑施工變形監測與分析

陶茂枕

一、工程概況

本文以福州地鐵X號線XX站深基坑工程為背景，福州地鐵X號線XX站為地下三層雙柱三跨明挖島式站臺車站，車站總長168.00m，車站標準段開挖約23.10m，盾構端頭井處開挖約25.48m。車站采用明挖順筑法施工，車站主體基坑采用地下連續墻+內支撐體系。基坑豎向設置五道支撐。

二、基坑開挖監測方案

1.監測范圍

根據《城市軌道交通工程監測技術規范》（GB 50911-2013）中的要求，本車站監測范圍根據基坑設計深度、地質條件、周邊環境等，綜合確定為3倍基坑開挖深度范圍內的基坑主體結構、周圍環境及建（構）筑物，涵蓋了主要影響區和次要影響區，本站基坑影響范圍區見表1。

表1 基坑工程影響分區表

2.監測內容

本車站監測對象分為基坑支護結構監測與基坑周邊環境監測。基坑支護結構監測對象包括圍護墻（樁）、支撐等；周圍環境監測對象主要為周圍地表土地、地下水、建（構）筑物、地下管線、城市道路及其他市政基礎設施。

3.監測等級

根據《城市軌道交通工程監測技術規范》基坑工程的自身風險等級劃分設計深度＞20m的基坑，車站主體基坑最深為25.185m，所以基坑自身風險等級為一級。

依據上述規范中周邊環境風險等級劃分，本基坑周邊存在重要建筑物及河流，所以環境風險等級為一級。依據地質條件復雜程度等級劃分，根據巖土工程勘查報告本基坑地質條件為復雜。本車站主體結構基坑按照規范綜合判定基坑工程監測等級為一級。

4.監測周期及監測頻率

本工點監測周期從工程施工前開始直至工程施工結束，貫穿工程施工全過程。施工監測頻率應根據基坑類別、施工工法、施工進度、地質條件、監測項目等情況和特點，結合當地工程經驗確定。本工程監測頻率見表2。

表2 監測頻率

三、基坑變形監測數據分析

1.墻體水平位移（測斜）數據分析

以墻體水平位移累計變化量為橫坐標，墻體深度為縱坐標作出各測斜孔在不同時間段的曲線圖。墻體測斜QCX05的變化圖中，墻體測斜QCX05隨著時間（開挖深度）的增加，圍護結構的變形也隨之增加，最后形成大肚狀，最大變形位于開挖深度14m處，即第三道混凝土支撐設計位置處，最大變形量為54.0mm。

根據地質情況顯示，該車站開挖面處于粗中砂層且本車站離閩江很近，車站坑外水位較大，基坑開挖過程中土方卸載及主動土壓力增大，導致砂層流動性較強，在支撐受力不及時及車輛重載碾壓情況下，地連墻變形趨勢較靈敏，故此處圍護結構變形最大。隨著基坑底板澆筑完成且達到設計強度后，整個基坑結構屬于箱涵結構，整個基坑周邊土體達到穩定，基坑繼續變形量變小，墻體水平位移變化速率減小趨近于穩定。其它墻體測斜孔的變化規律類似于墻體測斜QCX05。

2.墻頂豎向位移數據分析

選取ZQC11、ZQC22、ZQC01、ZQC21、ZQC06、ZQC16、ZQC04、ZQC18共8個區域墻頂豎向位移監測點，根據監測數據繪制隨時間變化的曲線圖，數據上抬為正、下沉為負。根據曲線圖顯示，基坑開挖過程中墻頂沉降數據變化量較小，均在±10mm內，最大變化量為ZQC21下沉7.6mm。基坑開挖之前施工單位對所有地連墻實施坑外抽條加固，加上基坑開挖過程中嚴格采用“分層分段”開挖模式，地連墻深度較大，墻趾位于巖層，故開挖過程中土方卸載對地連墻豎向位移影響較小。

3.地表沉降數據分析

選取地表沉降01、21、04、18、06、16、11、22共8個監測斷面繪制地表沉降數據時間變化曲線圖，每個監測斷面4個監測點，與基坑距離分別為2m、5m、10m、18m。監測結果為：地表沉降01、21、06、16斷面沉降曲線均呈漏斗狀，即監測點隨著與基坑距離的增加而先增大后減小，最大變化處在離基坑10m。

基坑開挖過程中，隨著開挖深度的不斷增加，墻體水平位移變化量不斷增大，坑外水位也不斷升高，坑外土體產生側移，向基坑內一側移動，加之基坑開挖過程中大型機械施工對土體反復碾壓，導致地表沉降量數據較大。隨著基坑底板澆筑完成且達到設計強度后，整個基坑屬于箱涵結構，整個基坑周邊土體達到穩定，且施工過程中大型施工機械數量減小，地表繼續變化量減小，趨近于穩定狀態。

4.支撐軸力數據分析

本站基坑豎向設置五道支撐，標準段：設置第一、三道支撐采用鋼筋混凝土支撐，第二、四道支撐均采用φ800、t=16mm鋼管支撐，第五道采用φ609、t=16mm鋼管支撐；端頭井：第一至第四道支撐采用鋼筋混凝土支撐，第五道換撐采用φ609、t=16mm鋼管支撐。

根據支撐軸力數據時間變化曲線圖顯示，支撐軸力隨著基坑開挖深度的增加，主動土壓力持續增大，下道支撐未架設前，支撐軸力值持續增大；隨著下道支撐架設受力，上一道混凝土支撐軸力值趨于穩定，上一道鋼支撐軸力值有所減小并逐漸趨于穩定。

四、結語

基坑監測工作在整個基坑開挖施工過程中至關重要，本文以福州X號線工程學習站車站基坑工程為背景，以基坑開挖過程中的實測監測數據為基礎，得出如下結論：

1.本車站開挖面處于粗中砂層，車站離閩江較近，坑外水位較大，基坑開挖過程中隨著開挖面增大，土方卸載及主動土壓力增大，在支撐架設不及時及重型車輛碾壓情況下，土體易向基坑內產生側移，導致地表沉降、墻體水平位移等監測項目產生較大變形且變形反應較靈敏，隨著基坑、底板澆筑完成且達到設計強度后，整個基坑屬于箱涵結構，整個基坑周邊土體達到穩定，各監測項目變化量減小，變形趨勢趨于穩定。

2.圍護結構墻體水平位移（墻體測斜）呈“中部大、兩端小”的大肚狀，符合常見的基坑開挖過程中圍護結構的變形規律。墻體測斜的變化量隨著基坑開挖深度的增加，變形量增大，變形量最大一般在開挖面中部，即14m上下位置處。墻體測斜在底板澆筑后變化趨勢明顯改善，逐漸趨于平穩狀態；

3.地表沉降數據呈“漏斗狀”，即地表沉降監測數據離基坑越遠，數據變化先增大后減小。

4.基坑開挖過程中必須嚴格按照開挖方案進行基坑開挖，做到“隨挖隨撐”，嚴禁超挖，縮短支撐假設時間。支撐架設應及時，減少基坑暴露時間，支撐架設不及時會導致墻體測斜、支撐軸力、地表沉降等數據的變化持續增大，使基坑的安全存在較大風險。