牟亞洲

(中鐵十三局集團第二工程有限公司，廣東深圳 518083)

隨著我國城市地鐵建設的迅速發(fā)展,明挖地鐵車站工程也越來越多。內撐式基坑圍護結構,具有結構簡單,受力明確,施工可操作性強、進度快,鋼支撐系統(tǒng)可循環(huán)利用等優(yōu)點,得到廣泛的應用[1]。多數地鐵車站處于復雜地質條件和高風險的周圍環(huán)境中,施工中往往需要嚴格控制基坑的穩(wěn)定與變形。保證內支撐起到預加壓力的力學作用才能有效實現這一目標。因此,鋼支撐內力監(jiān)測成為實現這一目的的關鍵因素[2，3]。內支撐體系如果缺乏正確的設計、計算分析或在施工中沒有采取必要的技術措施,就很容易導致基坑塌方、支護失效,并對附近建筑、道路、管網等造成嚴重的影響。

必須充分了解影響鋼支撐內力的影響因素,在施工過程中對鋼支撐軸力進行監(jiān)測,時時明確支撐體系的受力狀態(tài)確保其安全工作,在鋼支撐軸力有異常增大時提出相應的措施,確保其不失穩(wěn)并安全地工作,事故是可以避免的[3]。

通過實際工程鋼支撐的軸力監(jiān)測及分析,擬探討深基坑內支撐的受力變化規(guī)律以及用支撐軸力進行信息反饋的方法。

1 工程概況

深圳地鐵2號線東延線蓮花山西站位于新洲路與紅荔西路交叉路口東南角的運動場內,車站南端橫跨福中一路,與新洲路呈約21°夾角,車站大致呈南北走向,為地下2層島式站臺車站,基坑總長177.3 m,深18.3～20.05 m,標準段寬19.1 m。車站基坑周圍環(huán)境較為復雜,東南側緊鄰多棟建筑物,西側及北側為城市主干道路。車站基坑還緊鄰電纜隧道、燃氣管、電信管、給水管、雨水管、污水管等復雜管網。

車站范圍上覆地層為第四紀全新統(tǒng)人工填筑土、沖洪積粉質黏土及砂層,殘積黏性土層,下伏基巖為震旦系花崗片麻巖。地下水主要有第四紀孔隙水、基巖裂隙水,地下水埋深2.7～6.5 m,含水層厚度3.2～11.0 m,主要由大氣降水補給,水量較豐富,局部微承壓。

花崗巖、花崗片麻巖殘積層及全風化層具有遇水軟化、崩解,強度急劇降低的特點；花崗巖、花崗片麻巖殘積土層中,當動水壓力過大時,容易產生管涌、流土等滲透變形現象。

車站主體基坑圍護結構采用800 mm厚地下連續(xù)墻,基本墻幅寬度采用6 m,墻幅間接頭采用鎖口管?；觾戎嗡介g距一般按3 m考慮,豎向按4道支撐設置,基坑除南段第1道采用橫截面尺寸為600 mm×800 mm的鋼筋混凝土支撐外,其余支撐均采用外徑φ609 mm、壁厚t=16 mm的Q235鋼管支撐。地下連續(xù)墻插入深度：中風化2.5 m,強風化4.5 m,全風化及其余土層6 m。

2 內支撐軸力測點布置及監(jiān)測方法

車站主體基坑內支撐軸力監(jiān)測布置13個斷面,剖面上有4道支撐的,也有3道支撐的,共布置48個監(jiān)測點,見圖1。

圖1 內支撐監(jiān)測點布置(單位：mm)

軸力監(jiān)測采用弦式應變計,每個鋼支撐端頭1～2 m范圍內沿支撐軸線對稱安裝2個應變計。當鋼支撐在地面上時就把應變計安裝上,并測初始溫度及初始頻率值,當鋼支撐安裝到對應道數支撐位置上待支撐預加力加完后,鋼支撐開始工作時,監(jiān)測工作初始頻率。通過每天應變計的頻率變化來判斷鋼支撐軸力變化情況,根據監(jiān)測得到的平均應變可按下式計算鋼支撐軸力

N=EsεsAs

式中N——鋼支撐軸力，N；

Es——鋼支撐的彈性模量,取Es=2.0×105(N/mm2)；

ε——監(jiān)測斷面處實測平均應變值；

As——鋼支撐截面面積，mm。

3 內支撐軸力監(jiān)測信息反饋及分析

3.1 支撐軸力歷時變化規(guī)律

通過對本工程測得的支撐軸力歷時變化的分析,可知：內支撐軸力隨時間的變化是增長穩(wěn)定型的,即鋼支撐架設后隨著預加應力的施加及開挖深度的增加,軸力快速增加并達到最大值,然后基本穩(wěn)定在該量值,保持不變，說明鋼支撐起到很好的力學作用,對圍護結構的穩(wěn)定及變形控制起到了很好的支撐作用。以下給出3個斷面的軸力監(jiān)測結果。

(1)ZC-67支撐軸力監(jiān)測斷面

該斷面的支撐為21.5 m長的斜支撐,4道支撐均為鋼管支撐。監(jiān)測得到的4道支撐的軸力歷時變化如圖2所示。圖中ZC1、ZC2、ZC3、ZC4分別表示第1至4道支撐的軸力監(jiān)測結果。以第3道支撐為例,2009年1月6日安裝后受力較小,隨著開挖深度的增加和第4道支撐的安裝,其受力明顯增大,開挖階段每天以48 kN速度增大,開挖到基底高程后,最大達到1 977 kN,然后基本穩(wěn)定在該量值。

圖2 ZC-67監(jiān)測斷面支撐軸力歷時變化曲線

(2)ZC-65支撐軸力監(jiān)測斷面

該斷面的鋼支撐為19 m長的直支撐,4道支撐均為鋼管支撐。監(jiān)測得到的4道支撐的軸力歷時變化如圖3所示。該斷面支撐軸力與ZC-67鋼支撐軸力監(jiān)測結果有相同的規(guī)律,從軸力變化圖可以看出,第2道支撐受力最大,最大軸力值為1 365 kN。

圖3 ZC-65監(jiān)測斷面支撐軸力歷時變化曲線

(3)ZC-51支撐軸力監(jiān)測斷面

該斷面支撐為18 m長的直支撐,4道支撐均為鋼管支撐。監(jiān)測得到的4道支撐的軸力歷時變化如圖4所示。該斷面支撐軸力與上述2個斷面的監(jiān)測結果也有相同的規(guī)律,從軸力變化圖可以看出,第3道支撐受力最大,最大軸力值為1 761 kN。

圖4 ZC-51監(jiān)測斷面支撐軸力歷時變化曲線

3.2 支撐軸力異常情況的信息反饋

ZC-34斷面支撐為18 m長的直支撐,4道支撐均為鋼管支撐。監(jiān)測得到的4道支撐的軸力歷時變化如圖5所示。其中第4道支撐于2009年3月18日安裝,安裝后的20多天時間內受力平穩(wěn)增加,但在2009年4月10日,支撐軸力突然增大,支撐軸力達到2 541 kN。經觀察分析發(fā)現,本段連續(xù)墻有漏水情況,還有地面有土方運輸汽車排隊行駛,動荷載比較大。后經過信息反饋,經過對地層進行注漿加固,并對運輸車輛采取限行措施,支撐軸力又趨于穩(wěn)定。

圖5 ZC-34監(jiān)測斷面支撐軸力歷時變化曲線

3.3 支撐軸力的統(tǒng)計分析

本工程基坑內撐式鋼支撐有長有短,也有斜支撐。為了分析各類支撐工作性能與工作形態(tài)之間的關系,規(guī)定≥20 m長的支撐歸類為長支撐,≥10°角度的支撐歸類于斜支撐。根據現場安裝情況,對比各類型鋼支撐受力特點及各分段道數鋼支撐軸力,列出了13個監(jiān)測斷面、48個監(jiān)測點的最大軸力值及平均軸力值,見表1。

表1 鋼支撐軸力統(tǒng)計分析

從表1可知：

(1)基坑中下部支撐受力較大,第3道支撐受力最大,第4道支撐雖然架設最晚,但也受到較大的軸力。

(2)斜支撐的受力總體上較直支撐小,因為斜支撐布置在基坑的端部轉角處,空間作用明顯。

(3)短支撐和長支撐的受力水平沒有明顯差別,因為長支撐雖然中間有立柱支撐分成多跨,但聯(lián)接很弱,對長支撐軸向受力影響有限。

4 結論

(1)內支撐軸力隨時間的變化是增長穩(wěn)定型的,即鋼支撐架設后隨著預加應力的施加及開挖深度的增加,軸力快速增加并達到最大值,然后基本穩(wěn)定在該量值,保持不變,較為穩(wěn)定。

(2)通過監(jiān)測得到的鋼支撐軸力突變,可以對影響基坑穩(wěn)定狀態(tài)的異常情況起到信息反饋的作用。

(3)基坑下部支撐受力較大,第3道支撐受力最大,第4道支撐雖然架設最晚,但也受到較大的軸力。斜支撐的受力總體上較直支撐小,短支撐和長支撐的受力水平沒有明顯差別。

[1] 李春輝.鋼支撐在明挖地鐵車站中的應用和受力分析[D].北京：北京工業(yè)大學,2011.

[2] 王光明,蕭 巖,盧常亙.深基坑鋼支撐施加預加軸力的合理數值分析[J].市政技術,2006,24(5):336-339.

[3] 張明聚,由海亮,杜修力,等.北京地鐵某車站明挖基坑施工監(jiān)測分析[J].北京工業(yè)大學學報,2006,32(10)：874-878.

[4] 姚燕明,周順華,孫 巍,等.支撐剛度及預加軸力對基坑變形和內力的影響[J].地下空間,2006,23(4)：401-404.