某地铁明挖车站深基坑监测分析
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作者:韩纪亮 宋杨 郝光
摘 要：以某地铁明挖车站深基坑工程为依托，选取标准段中一个较为典型的测试断面，分析了围护结构在基坑开挖过程中所表现出的受力与变形特点和周边建筑物、地下管线的沉降变形特征，并将实测值与理正计算值进行了对比分析。分析结果表明：围护桩深层水平位移分布呈鼓肚状，在内支撑拆除的过程中仍有小幅增长，水平位移最大位置距坑底约0.2H（H为开挖深度）;内支撑轴力总体呈现出第三道最大、第一道最小的分布特点，在拆除第三道支撑后，其余两道支撑轴力增幅均较为明显;距离基坑越近，越靠近土方先期开挖位置的地下管线沉降变形越大，无压力管线比压力管线变形大;基坑开挖对距离基坑一倍坑深外的建筑物沉降影响较小;围护桩深层水平位移实测值、内支撑轴力实测值均小于理正计算值。研究结果可为类似地铁深基坑围护结构的设计与施工提供参考。
关键词：地铁深基坑 内支撑 现场监测
地铁建设已经成为我国各大城市地下空间开发的重点方向，其中地铁车站大部分采用明挖法施工。我国幅员辽阔，地铁明挖车站深基坑工程地质条件复杂，区域性强。城市市区内地上、地下构建筑物密集，对变形控制要求高，深基坑支护设计理念已由传统的强度控制转向变形控制。因此，开展城市地铁深基坑现场监测，对于理解和掌握深基坑变形趋势与规律具有重要意义。乔亚飞、丁智、郭利娜、武朝军、李淑等人对我国不同地区地铁深基坑变形与围护结构受力特性等做过相关的研究工作。本文以石家庄市地铁某明挖车站深基坑工程为背景，分析了该车站基坑标准段一个较典型断面的现场监测数据，并与理正计算结果进行了对比，研究结果可为类似地铁深基坑围护结构的设计与施工提供参考。
1 工程概况与地质条件
1.1 工程概况
该地铁车站为地下二层双柱三跨现浇钢筋混凝土箱型结构，车站覆土约3.5m，该车站标准段宽度21.1m，盾构段宽度25.3m，车站长度232.0m。车站主体基坑标准段深约17.4m，端头井深约19.0m。车站主体采用钻孔灌注桩+内支撑围护形式（第一道为钢筋混凝土支撑，第二、三道为钢支撑）。车站主体结构采用明挖法施工，车站两端均为盾构始发井。
1.2 工程地质条件
地层主要为第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）及第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）。场区地下水类型为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂土、卵砾石土。勘测期间地下水埋深38.6～39.2m（高程32.39～32.91m）。地下水主要接受大气降水、地表水入渗及地下径流补给，排泄方式以人工开采为主。
2 围护结构设计参数
主体围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑，冠梁顶距地面约1.5m，采用300mm钢筋混凝土挡墙支护，钻孔灌注桩（C30）采用Φ800@1200mm，嵌固深度约6.3m，桩顶冠梁（C30）截面尺寸1200mm×900mm，钢围檁（Q235）采用2工45b的组合截面型式。
3 变形观测结果分析
监测数据分析选取标准段一个较典型测试断面进行分析，该主测分析断面监测点布置如图1所示，DB代表地表沉降观测，GXC代表管线沉降观测，JCJ代表建筑物沉降观测，ZQT代表深层水平位移观测，ZQS代表桩顶水平位移观测，ZQC代表桩顶竖向位移观测，ZL代表轴力监测。
3.1 地表沉降分析
基坑两侧地表沉降趋势并不一致，DB17观测点一侧地表沉降随着基坑开挖逐渐增大，越靠近基坑的位置，地表沉降量越大，地表沉降最大9.5mm，距离基坑边缘2.0m;而DB11观测点一侧地表变形则表现出明显的上抬趋势，最大上升数值为2.4mm，距离基坑边缘约5.0m。
3.2 桩顶位移分析
图1为主测分析断面桩顶位移观测结果，其中图（a）为水平位移，正值表示桩顶向基坑内偏移，负值表示桩顶向基坑外偏移;图（b）为竖向位移，正值表示桩顶上抬，负值表示桩顶下沉。从图1（a）可以看出，该测试断面桩顶水平位移向ZQS11测点所在侧偏移，由于钢筋混凝土支撑作用，对侧桩顶水平位移数值基本相等，偏移方向一致，最大水平位移为-18.8mm;从图1（b）可以看出，桩顶竖向位移表现出一侧上抬、一侧下沉的特点，ZQC11侧桩顶呈上抬趋势，上抬位移最大值3.6mm，ZQC17侧桩顶呈下沉趋势，下沉位移最大值约为2.6mm。
3.3 基坑周边管线沉降分析
污水管线距离基坑约4.0m，最大沉降为10.9mm，最大上抬位移为3.9mm;雨水管线距离基坑约10.0m，最大沉降为10.2mm，最大上抬位移为2.6mm;由此可见，基坑开挖对距离较近的管线影响更为明显。两条管线沉降发展趋势基本一致，均为靠近基坑两侧端头井位置处的沉降较大，靠近车站中部位置处均出现上抬现象，这与槐安桥站土方开挖的顺序密切相关，因为槐安桥站两侧端头井处均为盾构始发井，该站土方开挖是从南北两侧的端头井同时开始向车站中部进行的，所以才会出现如图所示的管线沉降分布特点。
3.4 基坑周边建筑物沉降分析
该建筑物位于基坑东侧，砖混结构，地上五层，基础埋深约2.0m，距离基坑约18.0m;建筑物沉降前期增幅较大，后期趋于稳定，最大沉降4.2mm;由于建筑物距基坑边缘约一倍坑深的距离，所以基坑施工对建筑物沉降影响较小。
3.5 支撑轴力分析
从内支撑轴力监测结果可以得出，基坑开挖至基底后，内支撑轴力分布特点为第一道支撑受力最小，约100kN，第三道支撑轴力最大，最大值约400kN，第二道支撑轴力仅次于第三道支撑轴力，轴力值在300kN左右;在第三道支撑拆除后，第一道支撑与第二道支撑轴力都有显著提高，第二道支撑轴力达到约500kN，第一道支撑轴力值达到约400kN。
3.6 与理正计算结果的对比分析
实测内支撑轴力变化趋势与设计计算结果基本一致，当基坑开挖至设计基底标高后，三道内支撑轴力分布特点为第三道支撑轴力最大，第一道支撑轴力最小;拆除第三道支撑时，第二道支撑轴力增幅最大。除第一道支撑外，第二、三道支撑实测轴力最大值均小于设计计算轴力值，实测轴力最大值约为计算轴力值的30%。
桩身深层水平位移最大值约9.3 mm，理正计算值为17.8mm，均发生在距坑底约1/5坑深位置，实测位移最大值约为计算最大值的52%。
4 结语
本文通过对该地铁明挖车站深基坑监测数据的分析，得出如下结论：（1）围护桩深层水平位移在后续主体结构楼板达到设计强度后拆除钢支撑的过程中仍有缓慢增长，实测位移最大值约为计算最大值的52%，均发生在距坑底约1/5坑深位置。（2）围护结构体系中的内支撑轴力在基坑挖至设计基底时，总体呈现出第三道支撑轴力最大、第一道支撑轴力最小的分布特征，当拆除第三道支撑时，第一、二道支撑轴力增幅较大;除第一道钢筋混凝土支撑外，其余钢支撑实测轴力最大值约为计算轴力值的30%。（3）基坑施工对距离基坑一倍坑深外的建筑物沉降影响较小;基坑施工对距离基坑越近的地下管线变形影响越大，无压力管线较压力管线变形大。
参考文献
[1] 刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2] 喬亚飞，丁文其，王军，等.无锡地区地铁车站深基坑变形特性[J].岩土工程学报，2012，34（增）： 761-766.
[3] 宋杨，武文娟，姜云亭，等.石家庄市某深基坑的变形观测分析与研究[J].地下空间与工程学报，2015， 11（增2）： 826-831.
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