复杂环境下地铁深基坑变形行为的实测研究

复杂环境下地铁深基坑变形行为的实测研究
【摘要】在地铁修建过程中，常常会遇到许多难题，如何保证基坑稳定性防止基坑变形也是首要问题。

而在施工时多元化的岩土环境也常常制约地铁隧道的修建，加之因地铁往往修建在大城市内，施工时进入建筑物地基范围也不算少见，所以如何在复杂环境下保证基坑稳定性防止基坑变形确保地铁施工安全是一个很值得研究的课题。

以下在文中将借助一地铁实例加以说明关于在复杂环境下地铁深基坑变形行为的实测研究。

【关键词】深基坑；地铁；软土；桩基变形；地表沉降；固结
我国在关于地铁车站基坑秉承的设计理念主要是将经验与实际相结合。

为了确保设计施工方案的可行性和避免因基坑开挖不合格所带来的隧道工程风险，为保证基坑开挖的施工质量，常常将现场监测常作为确保地铁基坑稳定和保护基坑周围地表环境的必备手段。

为使研究课题信息更加明确，我们将以上海某段铁修建时现场基坑开挖实测数据加以分析和研究。

了解此地铁施工区域深基坑开挖其变形规律和影响深基坑变形的因素，得出有效结论更好理解和学习如何防止地铁深基坑变形确保基坑稳定性，确保地铁安全施工，保证地铁质量安全，避免因质量带来的责任事故和对周围环境的有害影响。

1 关于地铁施工环境及条件
所谓隧道施工最复杂的岩土环境莫过于软土，这一段在上海修建的隧道，根据其工程现场地质勘察报告中了解，其施工场地岩土土层主要由厚、软到中软的饱和海相软土沉积而成，其岩土土层为比较典型的软粘土，并且在地表以下大约1 m处有常年的地下水。

由于此处地表活动较为频繁和因地壳运动带来的水位变化，导致其浅层土变成含水量变得比较低和剪力强度很高的固结粘土。

浅层土以下为渗透性十分低的淤泥状粘土层和淤泥状粉状粘土层，此土层含水量趋近于液体范围，土体则相对来说有较高的压缩性和孔隙比。

岩土的地质条件本就加大了施工难度，因为此段地铁基坑的施工位置又处于上海闹市区内，必须兼顾施工时减小对其周围环境的影响，因此更是使施工环境变得复杂，对地铁基坑开挖技术要求更加严格。

2 地铁基坑开挖的施工进行
考虑了各种综合条件后，确定了地铁基坑开挖深度为15.5m左右。

为了极大程度上避免基坑开挖过程中对闹市区的影响，这段基坑全部采用了厚720 毫米的地下连续墙将其进行围护。

在考虑施工地质条件后，连续地下墙根据其软土特征设为两种深度，其施工段前面五分之三深度设为27 m，余下的深度则设为35m。

基坑共布置五道支撑，分别位于地下-1.6，-4.8，-7.1，-9.8，-12.6m处。

第一道支撑用钢筋砼进行支撑，支撑的横向间距在 6 米左右；剩下的则用φ609×16型号钢管进行支撑，横向间距为3 米左右。

对地表下-8.5至-10.7 m 和-16.5至-19.8
m位置处用注浆进行加固。

基坑每层均采用由两端头向中间的开挖顺序，本着分小块分层的时空效应法对工程施工，沿着基坑方向长，使每一小块的开挖宽度尽量不超过 6 米，并使其保证及时施工支撑和预加其轴力，尽最大可能避免连续墙向侧边变形，保证每根钢管支撑预加的轴力均为设计参数的50%～70%左右。

在地下-1.6m处进行第5 道支撑施工前，除开施工段最中间偏后六分之一的施工位置外，其余均采用将厚600 毫米的中板（位于地表下-8.3 m）提前到基坑开挖阶段施工，保证中板满足其需要的强度后方才对最后一层进行开挖。

3 对基坑观测数据的分析
在所观测的实验数据中可以看得出此段上海某一段地铁基坑变形基本上符合软土地区共有的典型支撑深基坑变形的特点，连续墙墙后地表明显有很大程度的凹状沉降槽，其变形程度也随着开挖越深变形程度增大，基坑周围相应的地表沉降槽也随着相应加深，并在开挖结束后，连续墙最大变形在开挖方向以下2.9～5.01米处出现。

不过因为在基坑施工中采用了比较有效的预加轴力和时空效应施工方法，地下连续墙从墙顶以下8米范围内的地下连续墙侧向变形得到了比较好的控制。

在收集关于中板的实验数据分析比较后得出，基于时空效应的快速施工是减小基坑周边地表沉降的有效方法。

也从此段地铁运行后的实际效果看出，时空效应施工方法是能明显帮助了有效控制了其地铁深基坑变形的事实证明，从而也证明了观测研究的正确分析。

事实上在经历此工程建设后，时空效应施工方法得到了广泛的应用。

在此段软土比较饱和的地铁施工区域对基坑工程进行施工时，在基坑变形中时间影响占非常大的比重，最大变形随着每一工况下搁置期间时间的增加而随着较为明显的增加，但变形的速率慢慢减小。

在地铁基坑建设中，有效抑制住其变形就是地铁建设最有效的质量控制，也为后期的建设打下较牢固的基础。

变形情况岁基坑的保护等级增高而减小，开挖期间基坑的搁置时间不宜过长，否则会引起地下连续墙的变形增加。

在基坑从开挖开始直到最后标高时所有的最大侧向变形均在经历一段时间后才趋于稳定。

所以除开岩土活动因素外，中板养护期时间内，地表亦可能因为土体固结发生相当量的沉降，从而在中板养护期间出现同一位置侧向变形的相对发生量明显低于地表沉降的相对发生量。

在中板搁置期内，土体主固结也是引起地表沉降产生的主要原因之一。

在实测数据中，空间效应也是明显导致基坑变形的另一主要原因，自然在修建地铁施工过程中，建设人员也找到了比较有效的方法，运用分层分小块这种速度挖速度撑的时空效应施工方法可以很大程度上抑制基坑空间发生变形，确保基坑稳定性。

4 结束语
通过以上部分对上海某地铁车站隧道基坑变形的相关实测数据加以进行的详细分析和总结，可将其简要归纳为三点：
（1）虽然上海地区相对于其他地区的地质条件差，但是本基坑工程墙体的变形程度明显偏小，这充分说明了在控制上海地铁基坑变形中采用时空效应工法具有十分显著的效果，除此之外，针对本工程的最大地表沉降值低于最大墙体侧向变形的1/2，与一般工程经验值相比明显减小，这证明了基坑周边实施快速施工可以有效减小地表沉降。

（2）在对土体体积变化量数据进行分析和整理中，随着时间的变化板养护期间的土体发生变形，这说明在开挖期间土体蠕变和土体固结均会对基坑变形产生一定的影响。

（3）本工程中所实施的时空效应施工方法可以显著削弱基坑变形的空间效应。

在地铁修建过程中，要从以上三点落实，结合岩土环境，考虑对城市环境影响，确保基坑稳定性，防止基坑周围地表变形，保证地铁质量安全，避免因质量带来的责任事故和对周围环境的有害影响，做到安全施工，文明施工。

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