地铁深基坑支护结构变形监测分析及应用

地铁深基坑支护结构变形监测分析及应用

发表时间：2017-07-19T13:38:01.967Z 来源：《建筑知识》2017年16期作者：付海军[导读] 随着我国大城市地下空间的开发利用，地铁车站深基坑工程的开挖深度与施工难度不断增加。

（辽宁省摄影测量与遥感院辽宁沈阳 110034）【摘要】随着我国城市人口的不断增加，地铁已经成为解决交通拥堵问题的有效办法，因此近些年来，地铁车站深基坑工程在我国大量涌现，并且开挖深度与施工难度不断增加。城市地铁换乘站一般位于城市的繁华路段，为了保证周围环境的安全，因此对深基坑周围土体及支护结构的变形都有更高的要求。然而深基坑工程是比较复杂的岩土工程问题，在基坑开挖过程中，地质情况与勘察报告不一致的情况也时有发生，容易导致工程事故的发生。因此，在地铁深基坑支护结构进行变形监测，来预防变形，减少事故。【关键词】地铁；深基坑支护结构；变形监测；分析【中图分类号】U231.3 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）16-0156-03 1.引言

随着我国大城市地下空间的开发利用，地铁车站深基坑工程的开挖深度与施工难度不断增加。然而深基坑工程是一项比较复杂的岩土工程问题，由于工程地质情况的不确定性和施工因素的多变性，在基坑开挖过程中常常由于土体与支护结构的过大变形而引起工程事故。下文将对此进行研究分析。

2.地铁基坑变形破坏现象

基坑变形根据开挖方式和支护结构的不同，其变形破坏现象也有所不同。基坑开挖引起的变形主要包括三个部分：墙体变形、基坑底部隆起、墙后地表沉降。研究证明这三方面的变形是相互关联的，其中以墙后地表沉降对环境的影响最大。放坡开挖时，由于设计放坡太陡，或雨水、管道漏水等原因导致土体抗剪强度降低，引起基坑边土体滑坡。

2.1 坑底土体隆起

基坑底部隆起主要是由两个方面的原因所引起，一方面是由于在基坑开挖过程中，坑底的土体由于竖向荷载的卸载而产生回弹；另一方面是由于围护结构外侧的土体在自重和地面超载的作用下从底部向坑内方向移动的结果。此外，基坑开挖还会导致坑底土体产生负孔隙水压力，从而进一步导致坑底土体软化，吸水膨胀，使坑底进一步隆起。对软粘土的深基坑，地表沉降的大小与坑底隆起的安全程度直接相关。基坑底部隆起的形式，与基坑的开挖宽度和开挖深度有关。根据工程经验，当开挖宽度不大的时候，坑底为弹性隆起，其特征为坑底中部隆起最高当开挖到达一定的深度且基坑较宽的时候，出现塑性隆起，隆起量也逐渐由中间最大转变为两边大中间小的形式。但对于开挖宽度较窄的基坑，仍是中间大两边小的分布形式。图1位基坑的隆起变形形式。

图1 基坑的隆起变形

2.2 周围地表的沉降

大量的工程实践表明：在基坑围护结构入土深度较大的情况下，地表沉降曲线呈现凹槽型分布（如图2所示）。在围护结构变形较大的情况下，地表沉降曲线呈现三角形分布（如图3所示）。

图3 三角形沉降

2.3 墙体的水平变形

围护结构自身刚度是影响其变形的最主要因素，此外施工方法、内支撑体系的设置、土体特性、水文条件等因素都对围护结构的变形有一定影响。围护结构水平位移主要可以分为悬臂式位移、抛物线型位移、组合式位移等三种型式。基坑开挖深度不大时，在未施加支撑状况下墙体的最大水平位移通常发生在地下连续墙顶部，表现为悬臂式位移曲线分布。基坑开挖深度不断增大时，柔性围护墙体需设置支撑，由于支撑轴力的作用，墙顶水平位移保持不变或者出现向坑外的水平位移，墙体中间部位朝着基坑内侧鼓出，水平位移呈抛物线形式分布，刚性围护结构则会出现与基坑边缘呈三角形的水平位移曲线。多支撑体系的基坑一般出现组合型位移形式。

图6 组合式位移

2.4 墙体的竖向位移

基坑开挖就是在开挖面卸去土压力的卸荷作用，而挖除土体的自重应力在挖空区域得到释放，从而引起围护结构的竖向位移。影响墙体的竖向位移的因素主要包括墙体的嵌固深度、重量、支撑体系设置情况等。

3.深基坑变形现场监测方案及数据分析 3.1 工程概况

某地铁车站位于市中心区域，路网交错、建筑密集，线路沿途地层复杂，风险较大。临近需保护的建筑物众多，周边道路和地下管线排布复杂，对周边交通的疏解、地下管线的保护也是该项目实施时需要重点关注的方面。

3.1.1 工程地质概况

该地铁车站主体为地下两层两跨框架结构，长204.6m，标准段宽19.4m（端头井段宽23.45m），开挖深度16.72m（端头井深17.61m）。

3.1.2 基坑开挖与支护方案的初选

由于基坑周围车流量很大，高架桥桥墩距离基坑最近约3m，而建筑物距离基坑最近仅有1m，基坑破坏将会造成严重后果，因此本基坑侧壁的安全等级确定为一级。根据基坑的平面特点和场地的地质条件，为了确保基坑工程及周围环境的安全，基坑支护采用钢筋混凝土地下连续墙+内支撑的联合支护体系，其中第一道采用刚度较大的钢筋混凝土支撑，第二道和第三道采用易于安装和拆除的钢管支撑。车站主体结构为地下两层，为了在钢支撑及钢围檩拆除过程中，将内支撑所承受的侧向土压力安全地转移至主体结构，所以分别在主体结构的顶板、中板和底板位置以上0.5m处共设三道内支撑，距离地表的距离分别为2m，7.5m和13.5m。内支撑的水平布置间距越小，其支撑的整体刚度越大，越有利于控制挡土墙的侧向位移。

3.2 沉降、位移监测

（1）对于支护结构本身（压顶圈梁）的水平位移监测。预计共布设顶圈梁水平位移观测点18个，沿压水平位移观测点，每隔15m设置一个。监测随着基坑开挖的不断加深和地铁施工的进行，支护结构体水平位移的变化发展情况。（2）对于基坑南侧建筑物的沉降变形监测。在基坑南侧共计16个沉降观测点，每栋建筑各布设沉降观测点8个。监测随着基坑开挖的不断加深和地铁施工的进行，基坑周边建筑物沉降和不均匀沉降的变化发展情况。（3）对于基坑周边道路的沉降变形监测。沿基坑西侧的科华路、北侧的康苑路，共计布设11个沉降观测点，每隔15m设置一个沉降观测点。监测随着基坑开挖的不断加深和地铁施工的进行，基坑周边道路、地下管线沉降的变化发展情况。（4）对于基坑内支撑立柱桩的沉/隆监测。在基坑内，共计布设39个沉/隆监测点，每个都布设在每根支撑立柱桩顶部。监测随着基坑开挖的不断加深和地铁施工的进行，基坑内每根支撑立柱桩沉降或隆起的变化发展情况。支护结构本身（压顶圈梁）的水平位移、基坑周边建筑物、道路的变形观测点的数量视现场实际情况可作适当增加。另在周围适宜处选埋3~4个测量基准点，用于垂直沉降和水平位移的基准参照点。具体如图7、8、9所示。