楊 睿，李冬生

（1.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，西安 710018；2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，太原 030006）

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市空間日趨 緊張，三維城市空間已開始作為一種重要的自然資源加以開發(fā).由于城市地鐵基坑多處于城區(qū)繁華地段，大量道路荷載、市政管線密布，給地鐵車站深基坑平面尺寸和開挖深度的增大帶來了一系列復(fù)雜的問題，如圍護(hù)墻墻體變形、坑底隆起、基坑周圍底層移動(dòng)和地表沉降等，要使此類問題發(fā)生的概率和產(chǎn)生的社會(huì)負(fù)作用達(dá)到最小，基坑變形規(guī)律監(jiān)測研究是有效的解決方案之一，它的研究結(jié)果對(duì)于科學(xué)安排下一步的施工工序，分析評(píng)價(jià)車站穩(wěn)定性，確保圍護(hù)樁不產(chǎn)生過大的位移和變形具有重要價(jià)值［1-3］.在深基坑施工過程中，只有對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、相鄰?fù)馏w和建構(gòu)筑物進(jìn)行全面系統(tǒng)監(jiān)測，才能全面掌握深基坑開挖變形情況，保障施工安全［4-5］.近年來，基坑監(jiān)測方法和手段不斷提高，監(jiān)測項(xiàng)目更加完善，監(jiān)測儀器逐漸自動(dòng)化，對(duì)于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理也有了新的進(jìn)展［6-7］.但大多數(shù)監(jiān)測單位只重視數(shù)據(jù)采集，輕視分析和反饋，只停留在收集資料和提交數(shù)據(jù)，簡單分析是否超過報(bào)警值的層面上，沒有能夠結(jié)合施工方案、水文地質(zhì)等對(duì)監(jiān)測成果進(jìn)行深入分析.文中以西安地鐵二號(hào)線三標(biāo)段運(yùn)動(dòng)公園站為例，進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測，研究了地鐵車站深基坑變形規(guī)律.

1 工程概況

1.1 工程概況

運(yùn)動(dòng)公園站位于西安市西銅高速入口輔道與鳳城十路正下方，車站沿南北向路中布置；主體為地下兩層，有效站臺(tái)中心軌面高程為390.215m，車站長度為188m.

車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)范圍總長190.20m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.50m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約16～17m.

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

本施工場地平坦，土層分層明顯，場地類別為Ⅱ類.運(yùn)動(dòng)公園車站場地位于黃土梁洼的黃土梁區(qū)，地表一般均分布有厚薄不均的全新統(tǒng)人工填土（），其下為上更新統(tǒng)風(fēng)積（）新黃土（局部為飽和軟黃土）及殘積（）古土壤，再下為中更新統(tǒng)風(fēng)積（）老黃土、殘積（）古土壤、沖積（）粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂、中砂及粗砂等.

場地內(nèi)地下潛水位埋深8.80～13.30m之間，地下潛水位高程為392.45～396.39m.2006年5月初勘階段建立長期觀測孔時(shí)水位高程398.29m.根據(jù)西安市地下水動(dòng)態(tài)長期觀測資料，地下水年變化幅度1.5～2.0m.

1.3 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車站主體標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用?1000mm鉆孔灌注樁，樁心距1200mm，軌排段采用?1200 mm鉆孔灌注樁，樁心距1400mm.車站主體鉆孔樁嵌固深度標(biāo)準(zhǔn)段為7m，加深段分別為8m和10 m.車站主體標(biāo)準(zhǔn)斷面及加寬斷面自上而下設(shè)三道鋼支撐，軌排段設(shè)四道鋼支撐.橫撐第一道采用?600mm，t＝12mm 鋼管，其余采用?600mm，t＝16mm鋼管.按設(shè)計(jì)要求，車站軌排段及標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為特級(jí)，加寬段為一級(jí).

2 監(jiān)測方案

軸力監(jiān)測點(diǎn)分別在車站主體指的截面的每道鋼支撐上及軍用梁上，編號(hào)字頭G－0x－xx.

本次維護(hù)樁體變形監(jiān)測共布29個(gè)孔，確保安裝成活率不低于80%，基坑施工過程中每日監(jiān)測孔數(shù)不少于20個(gè)，監(jiān)測孔編號(hào)字頭Z.

基坑地表沉降監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在基坑南北兩側(cè)，從圍護(hù)樁外側(cè)起算各點(diǎn)相距分別為3，5，5，5，10m.共計(jì)90個(gè)，編號(hào)字頭DC.

測點(diǎn)布置示意圖如圖1所示，其中帶標(biāo)志的為文中分析的監(jiān)測點(diǎn).

圖1 車站基坑施工監(jiān)測點(diǎn)布置圖Fig.1 Layout of monitoring points around the metro station

2.1 監(jiān)測目的

通過對(duì)基坑施工期間基坑及支護(hù)體的變形和其影響范圍內(nèi)的環(huán)境變形、被保護(hù)對(duì)象的變形以及其它與施工有關(guān)的項(xiàng)目或量值進(jìn)行測量，及時(shí)和全面地反映它們的變化情況，為施工參數(shù)、預(yù)估發(fā)展趨勢、確保工程質(zhì)量及周邊管線的安全運(yùn)營提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)為優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案提供依據(jù)，以便積累區(qū)域性設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測的經(jīng)驗(yàn).

2.2 監(jiān)測內(nèi)容與監(jiān)測儀器

本車站需進(jìn)行以下項(xiàng)目的監(jiān)測：①鋼支撐軸力；②樁頂部水平位移；③基坑周圍地表沉降；④地下水位；⑤樁體變形；⑥土體側(cè)向位移；⑦孔隙水壓力和土體壓力；⑧周圍建筑物沉降傾斜及地下管線沉降、位移；⑨臨時(shí)立柱樁身沉降、隆起.主要的監(jiān)測儀器有：精密水準(zhǔn)儀、精密經(jīng)緯儀、鋼弦式軸力或應(yīng)變計(jì)數(shù)字讀數(shù)儀、XB338－2型測斜儀、DATA MATE數(shù)據(jù)采集儀、測量應(yīng)變計(jì).

2.3 觀測時(shí)間與頻次

主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開挖時(shí)，每1～2天觀測1次，主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，每2～3天觀測1次；水平支撐基坑開挖時(shí)，每1～2天觀測1次，主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，每2～3天觀測1次.臨時(shí)立柱、地層、地下管線、建筑物及水位在基坑開挖時(shí)，每1～2天觀測1次.主體結(jié)構(gòu)施工期間，澆好底板后7～30天內(nèi)每3天觀測1次.澆好底板30天后至回填后沉降位移穩(wěn)定期間，每7天觀測1次.

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本基坑工程是由中鐵七局負(fù)責(zé)施工，文中作者組成的小組完成了部分項(xiàng)目現(xiàn)場監(jiān)測的工作并對(duì)現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果如下.

3.1 鋼支撐軸力變化監(jiān)測

鋼支撐采用支撐軸力計(jì)來監(jiān)測其支撐軸力的變化.軸力計(jì)安裝在鋼支撐管與圍護(hù)樁間，有專用的支撐底座以保證加裝了軸力計(jì)的鋼支撐的正常工作，起到應(yīng)有的支撐作用.文中通過對(duì)2008年4月9日到2008年8月19日對(duì)G－01－05號(hào)鋼支撐進(jìn)行了軸力變化分析，支撐軸力隨時(shí)間變化曲線如圖2所示.分析結(jié)果如下：

1）該鋼支撐在安裝初期軸力變化很大，最大值達(dá)到918.9kN，這是由于鋼支撐在施加預(yù)應(yīng)力（496kN）時(shí)初期不穩(wěn)定，預(yù)應(yīng)力加載速率過快，預(yù)應(yīng)力釋放過快以及施工過程中施工機(jī)械擾動(dòng).隨著支撐以下土方的開挖，該支撐的軸力有所增加，當(dāng)土方開挖較深時(shí)，由于側(cè)壁土體變形，土壓力增加，導(dǎo)致鋼支撐軸力進(jìn)一步增加.

2）在監(jiān)測第22天之后，隨著支撐以下土方的開挖，G－01－05號(hào)鋼支撐的軸力開始減小.這是由于基坑上部土體變形逐漸趨于穩(wěn)定，加上3月底安裝的第二道鋼支撐基本上承擔(dān)了挖去的土體所產(chǎn)生的部分壓力，加之該道鋼支撐作用的位置基坑位移變形已大量釋放.同時(shí)反映出在基坑開挖前期，G－01－05號(hào)鋼支撐支撐的維護(hù)樁頂部水平位移由基坑內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚩油鈧?cè)發(fā)展的特征 .隨之基坑深度繼續(xù)增加，因受到施工擾動(dòng)和溫度等因素的影響，該支撐軸力變化有所波動(dòng)，但總體趨勢基本保持穩(wěn)定.

3）在監(jiān)測第58天之后，該鋼支撐軸力又有所變化.這是由于隨著基坑的進(jìn)一步開挖，安裝的第三道鋼支撐突然對(duì)圍護(hù)樁施加了較大的作用力，使得圍護(hù)樁對(duì)該鋼支撐產(chǎn)生了反作用力.隨之開挖過程中，安裝的第二、三、四道鋼支撐承擔(dān)了大部分的壓力，該支撐軸力趨于穩(wěn)定.

圖2 G－01－05號(hào)鋼支撐軸力變化曲線Fig.2 Axial force change curve of the steel support

3.2 樁身水平位移變化監(jiān)測

自樁頂期沿樁身向下每0.5m設(shè)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測樁身的水平位移發(fā)展情況.現(xiàn)分析Z3測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù).監(jiān)測時(shí)間是從2008年3月26日到2008年7月8日，共測量了105次.總體上來看，基坑水平位移始終向基坑內(nèi)方向發(fā)展.根據(jù)基坑深度位移曲線可將其變化分為以下四個(gè)階段：

1）基坑開挖初期由于鋼支撐預(yù)應(yīng)力和溫度應(yīng)力對(duì)基坑兩側(cè)土體的作用，對(duì)樁身水平位移向坑內(nèi)發(fā)展起到了一定的限制作用，甚至使其有向坑外發(fā)展的趨勢，此時(shí)在距樁頂0.5m處出現(xiàn)最大水平位移，最大值是5.55mm.

2）隨著基坑開挖深度和鋼支撐數(shù)量的施加，圍護(hù)樁變形曲線由前傾型逐漸向弓形變化，最大水平位移發(fā)生的部位也隨之下降.樁身中部的水平位移發(fā)展最快，較樁頂大很多，而基坑底部處樁身的水平位移受到的影響較小.可見，在有鋼支撐作用的情況下，圍護(hù)樁變形最大、最危險(xiǎn)的部位不在樁頂，而是出現(xiàn)在基坑中部到2／3基坑深度處，其變形曲線如圖3所示.在距樁頂約12.5m處，樁身側(cè)向坑內(nèi)的位移達(dá)到最大值11.45mm.

圖3 樁體水平位移變化曲線Fig.3 Horizontal displacement curve of pile

3.3 基坑周圍地表沉降監(jiān)測分析

基坑周圍地表沉降是地下工程監(jiān)測中重要的監(jiān)測項(xiàng)目之一.及時(shí)了解施工過程中地表和支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大沉降量，在必要時(shí)調(diào)整基坑的開挖順序和速度，可以有效的評(píng)估周邊環(huán)境的安全情況［8］.文中對(duì) DC3－1、DC2－3、DC20－4三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)做了基坑周圍地表沉降監(jiān)測，累計(jì)沉降值如圖4所示.對(duì)監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降值進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

1）在基坑開挖初期，在開挖前10天期間，地表沉降值很小，其變化值在2～5mm之間，且變化比較穩(wěn)定.這是由于開挖面土體應(yīng)力的釋放，附加應(yīng)力引起了地層變形.

2）現(xiàn)以DC2－3測點(diǎn)為分析對(duì)象，該測點(diǎn)距基坑13m.隨著土方開挖和鋼支撐的施作，基坑開挖工作進(jìn)入了主要階段，周圍地表沉降值逐漸增大，這是由于周邊施工機(jī)械的頻繁調(diào)動(dòng)和鄰近土體的側(cè)移，引起地表較大的沉降［9］.

3）對(duì)測點(diǎn) DC3－1、DC20－4進(jìn)行分析可得，由于該點(diǎn)靠近基坑邊緣（距基坑3m），處于基坑斷面變化的交界處，受到深基坑的空間效應(yīng)較大，加上盾構(gòu)端頭加固注漿量較大的緣故，造成該測點(diǎn)地面較長時(shí)間內(nèi)有明顯的隆起.另外，DC20－4的監(jiān)測數(shù)據(jù)離散性較大，但均在警戒值以內(nèi).這是由于DC20－4監(jiān)測點(diǎn)位于交通道路上，受動(dòng)荷載影響較大.

圖4 基坑周圍地表沉降檢測Fig.4 Deformation monitoring around the foundation pit

4 結(jié)論

文中對(duì)西安地鐵二號(hào)線運(yùn)動(dòng)公園站深基坑進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測研究，重點(diǎn)分析了鋼支撐軸力、樁身水平位移、基坑周圍地表沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出了以下結(jié)論：

1）鋼支撐能夠有效地限制圍護(hù)樁的水平位移，調(diào)整圍護(hù)樁的受力.隨著基坑開挖深度和鋼支撐的增加，鋼支撐的軸力隨之增大，最后隨時(shí)間內(nèi)力趨于穩(wěn)定.

2）Z3圍護(hù)樁變形最大部位位于距樁頂2／3基坑開挖深度處，其水平位移最大值為11.45mm.樁身水平位移在一定程度上受到基坑兩側(cè)鋼支撐的限制作用.

3）基坑開挖后，周圍地表變形受空間效應(yīng)影響很大.距基坑長邊10m左右，地表變形隨著基坑開挖深度的增加，會(huì)造成較大范圍地表沉降，對(duì)周圍建筑物、道路、管線等會(huì)產(chǎn)生一定的影響.

4）基坑開挖初期變形速率較大，隨著開挖深度的增加，速率逐漸減小，到達(dá)某一深度，基坑變形不再發(fā)展，基本趨于穩(wěn)定.為保證基坑及周圍建筑物的安全，應(yīng)選擇合理的基坑支護(hù)類型及支護(hù)參數(shù)，開展現(xiàn)場監(jiān)測，采用信息化施工技術(shù)保證車站深基坑安全施工.

［1］高夕良.基坑變形實(shí)測結(jié)果的分析［J］.四川建筑，2008，28（2）：109.GAO Xi－liang.Analysis of Measured Results of Foundation Pit Deformation［J］.Sichuan Architecture，2008，28（2）：109.（in Chinese）

［2］陳娟，李夕兵，顧開運(yùn).深基坑變形監(jiān)測實(shí)例分析［J］.土工基礎(chǔ)，2009，23（1）：26.CHEN Juan，LI Xi－bing，GU Kai－yun.Study Deformation Monitoring on Deep Excavation［J］.Soil Engineering and Foundation，2009，23（1）：26.（in Chinese）

［3］孫克國，李術(shù)才，李樹忱，等.明挖法地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模擬與預(yù)測研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（S1）：3210.SUN Ke－guo，LI Shu－cai，LI Shu－chen，et al.Simulation and Prediction Research of Enclosure Structure Deformation for an Open－Cut Metro Station［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27（S1）：3210.（in Chinese）

［4］安關(guān)峰，高峻岳.廣州地鐵公園前地下空間深基坑綜合支 護(hù) 監(jiān) 測 分 析 ［J］.巖 土 工 程 學(xué) 報(bào)，2007，29（6）：872.AN Guan－feng，GAO Jun－yue.Comprehensive Analysis of Deep Foundation Pits for Underground Space in Guangzhou ［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2007，29（6）：872.（in Chinese）

［5］唐世強(qiáng).地鐵深基坑支護(hù)體系內(nèi)力及變形規(guī)律分析［J］.鐵道建筑，2008（11）：35.TANG Shi－qiang.Internal Forces and Deformation Analysis of Metro Deep Pit Bracing System ［J］.Railway Engineering，2008（11）：35.（in Chinese）

［6］毛巨省，唐筱慧，高濤，等.地鐵車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形規(guī)律分析［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27（2）：205.MAO Ju－sheng，TANG Xiao－h(huán)ui，GAO Tao，et al.Inner Force of Bracing Structre and Deformation Laws of Foundation Pit for Subway Station［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2007，27（2）：205.（in Chinese）

［7］任建喜，高立新，劉杰，等.深基坑變形規(guī)律現(xiàn)場監(jiān)測［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（3）：445.REN Jian－xi，GAO Li－xin，LIU Jie，et al.In－situ Monitoring on Deformation Laws of Deep Foundation Pit［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2008，28（3）：445.（in Chinese）

［8］劉招偉，趙運(yùn)臣.城市地下工程施工監(jiān)測與信息反饋技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2006.LIU Zhao－wei，ZHAO Yun－chen.City Underground Engineering Construction Monitoring and Information Feedback Technology［M］.Beijing：Science Press，2006.（in Chinese）

［9］周沈華，楊有海，王隨新.深基坑開挖對(duì)周邊地表沉降影響因素分析［J］.土工基礎(chǔ)，2008，22（2）：38.ZHOU Shen－h(huán)ua，YANG You－h(huán)ai，WANG Sui－xin.Analyses of Influence Factors on Ground Settlement During Excavation ［J］.Soil Engineering and Foundation，2008，22（2）：38.（in Chinese）