地下明挖隧道基坑变形监测

地下明挖隧道基坑变形监测
发布时间：2022-08-11T07:26:21.728Z 来源：《建筑实践》2022年7期作者：陆行如
[导读] 为研究地下明挖隧道深基坑工程中不同围护结构下的结构内力及土体位移变化规律
陆行如
重庆市建设工程质量检验测试中心有限公司 400042
摘要：为研究地下明挖隧道深基坑工程中不同围护结构下的结构内力及土体位移变化规律，文中以杭州某地下明挖隧道深基坑工程为背景，采用实测与理论计算相结合的方法展开相应研究。

结果表明不同围护结构下三者变化规律类似，均在基坑开挖至底板时变化量最大；支撑轴力在土体开挖第一天变化量最大，支撑拆除后约4~5d内未拆除的支撑轴力逐渐增大至峰值后趋于稳定。

关键词：深基坑；围护结构；基坑监测分析
引言
随着不断推进的城市化进程，地下空间深基坑项目也在不断增加。

但当前深基坑项目周围常有密集的建筑物等分布，则存在较大的施工难度和施工风险，因此应重视深基坑项目施工时的变形规律，以最大限度确保施工安全。

通过有限元分析的方式探讨了基坑变形与支护结构的联系，研究了国内30多个深基坑项目，分析了基坑墙体在支护形式不同时的侧移模式。

虽然当前已经有较多关于基坑变形的研究，但随着城市空间的不断缩小，人们对于基坑变形的要求逐渐提高，对其变形规律做出进一步的分析，有助于为施工设计提供更为全面的借鉴与参考。

1工程概况
明挖法施工方式是地铁以及机场等项目建设过程中采用的重要方式之一，对周边建筑物安全可能产生不良影响，因此，加强对明挖隧道施工围护结构变形原因及对策的研究具有十分重要的意义。

文章在对明挖隧道施工围护结构变形原因及对策研究过程中选取了某城际铁路工程，在对居民集中地段的设计上采用了明挖隧道施工方式，完成主体结构之后进行覆土回填，具有3.058km的线路长度，由桩间旋喷桩止水帷幕以及孔灌注桩共同构成了基坑围护结构形式。

设计了2.5m和3m的钢支撑间距，结合公路施工过程中的具体线路设计了4种不同的主体结构形式。

粉质戮土、全新统冲积粉细砂以及含砾中粗砂地层是其中主要的地质结构，具有比较厚的第四系覆盖层。

粉质戮土、洪积黄土以及粉土较多。

2地表沉降
Q-Q剖面沉降监测点距离围护结构由近及远分别为DBW30-1、DBW30-2、DBW30-3及DBW30-4。

如图1（a）所示，Q-Q剖面最大沉降位于DBW30-2，为-26.27mm，最远测点DBW30-4沉降最小，BW30-1与DBW30-3沉降值较接近。

从图中还可以看出，2012年7月11日之前即基坑施工至第三道支撑浇混凝土时，地表沉降增长缓慢；2012年7月11日~2012年8月17日即基坑施工从第三道支撑浇混凝土至底板垫层混凝土浇筑过程中，地表沉降增长较快，其中DBW30-2增长速率为0.34mm/d；基坑继续施工，沉降增长缓慢逐步趋于稳定，达到最大值。

R-R 剖面沉降监测点距离围护结构由近及远分别为DBW35-1、DBW35-2及DBW35-3。

如图1（b）所示，R-R剖面最大沉降位于DBW35-2，
为-27.31mm，最远测点DBW35-3沉降最小，DBW35-1与DBW35-2沉降值较接近。

从图中还可以看出，2012年6月29日之前即基坑施工至第二道支撑浇混凝土时，地表沉降增长缓慢；基坑从第二道支撑浇混凝土至底板垫层混凝土浇筑过程中，地表沉降增长较快，其中DBW35-2增长速率为0.31mm/d；基坑继续施工，沉降增长缓慢，在第三道支撑拆除时达到峰值，随后逐步减小。

T-T剖面沉降监测点距离围护结构由近及远分别为DBW40-1、DBW40-2及DBW40-3。

如图1（c）所示，T-T剖面最大沉降位于DBW40-1，为-19.88mm，最远测点DBW35-3沉降最小。

从图中还可以看出，基坑施工从第二道支撑浇混凝土至底板垫层混凝土浇筑过程中，地表沉降增长较快，其中DBW40-1增长速率为0.25mm/d；基坑继续施工，沉降增长缓慢逐步趋于稳定，达到最大值。

图1地表沉降变化曲线
3预制钢筋笼焊接及搭接
基础底板水平主筋采用HRB400钢筋，局部板面及板底设置附加钢筋，连接方式采用机械连接，特定情况下灵活采用错位连接方式。

底板厚度为800mm，底板配筋为板面单层双向φ25mm@150mm、φ22mm@150mm，板底单层双向φ22mm@150mm，局部附加
φ28mm@150mm、φ22mm@150mm的加强筋。

预制钢筋笼参照结构底板配筋，钢筋笼竖向及横向桁架筋采用直径为25mm的钢筋，钢筋笼设置8个均布吊点，确保起吊平衡稳定。

采用桁架吊，桁架采用直径28mm的钢筋制作。

吊点加强钢筋采用直径22mm圆钢。

纵向桁架筋间距为1500mm，横向桁架筋间距为1500mm（800mm厚底板）、1200mm（1000mm厚底板），吊点加强筋与框架筋采用双面焊。

底板钢筋采用预制钢筋笼吊装施工，钢筋笼平台采用型钢材料制作，确保加工场地平整、稳固，拆卸方便。

钢筋笼加工平台大小为6m×20m。

为减少对地铁隧道影响，钢筋笼加工厂位于隧道边抗压桩上方，随施工进度逐步移动。

钢筋笼成形后由履带吊转运至基坑边，采用75t履带吊水平吊装至坑内，钢筋笼设置8吊点。

分块钢筋笼质量取8.2t。

4钢支撑轴力的影响与处理措施
由于钢支撑架设时间与钢支撑轴力的影响作用，会导致围护桩出现不同程度的变形，对最终变形量产生了较大程度的影响。

本次研究过程中综合采用了实测与模拟共同运用的研究方式，对围护桩变形与钢支撑轴力之间的关系进行了探索，在其制定的过程中充分结合了当
地的水文地质情况。

分析模拟结果可知，钢支撑预加轴力与桩身位移呈反比例关系。

初始减小幅度表现较为显著，在预加力逐渐加大的背景下，对桩身位移的约束效果也呈现出逐渐下降的趋势，最终趋近于0。

因此能够看出过大的预应力作用之下对桩身的位移并不会产生太大的影响作用。

根据这一设计原理，在避免围护结构产生过大变形的情况下要求加强对钢支撑预应力的设计。

不应盲目提升钢支撑预应力，在这种情况下并不能避免桩体位移，因此可以选取50%~80%的设计轴力来设计钢支撑预加轴力。

在本次项目的施工过程中，W065围护桩达到了22.54mm变形值，E044围护桩达到了23.62mm变形值，第一道钢支撑是先挖后支的利用方式。

这两种支撑方式最终都变成了典型的前倾型变形曲线，在水平位移上围护桩能够达到最大的变形位置。

W103围护桩达到了16.59mm变形值，W012围护桩达到了18.13mm变形值，这两种支撑方式最终都变成了弓形变形曲线，由于钢支撑轴力的作用，有效控制了桩体顶部的变形现象，其产生的位移量和最终得到的模拟结果一致。

结语
对工程的3种不同围护结构施工段中现场监测数据的分析以及与设计理论计算的对比，得出以下结论，可为类似工程提供参考。

（1）工程基坑施工过程中安全可控，现场实际施工工况符合设计与规范要求。

（2）在整个基坑施工过程中，最危险工况是在基坑开挖至底板和拆支撑时，此时深层土体位移及地表变形达到最大值。

支撑轴力在土方开挖的第一天变化量最大，而在支撑拆除时则在下一道支撑梁拆除后的第4～5d达到峰值。

对于整体刚度较大的围护结构如地连墙形式的围护结构第一道支撑可能出现受拉情况。

参考文献
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[2]任城，黄睿.绍兴地铁某风井深基坑施工监测分析［J］.土工基础，2020，34（3）:361-365.
[3]吴云雷.海口某深基坑支护监测及数值模拟[D].北京:中国地质大学,2018.。