姜寶臣， 李現(xiàn)森

(中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300133)

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復(fù)雜敏感環(huán)境下的深大基坑設(shè)計(jì)與實(shí)踐

姜寶臣， 李現(xiàn)森

(中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300133)

復(fù)雜敏感環(huán)境下的深大基坑開挖通常存在較大的風(fēng)險，合理選擇基坑設(shè)計(jì)方案是保證基坑安全的前提。以具有地質(zhì)條件復(fù)雜、周邊環(huán)境敏感和基坑深大特點(diǎn)的2個基坑為例，綜合考慮地質(zhì)、水文、周邊環(huán)境、基坑形狀和施工便利性等諸多因素，經(jīng)過多組分析計(jì)算，采取具有針對性的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式、支撐布置形式、地下水處理措施和地鐵自動化監(jiān)測措施等，實(shí)現(xiàn)了基坑安全和周邊環(huán)境的安全，并對基坑和周邊環(huán)境監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)。結(jié)果表明，對復(fù)雜敏感環(huán)境下的深大基坑設(shè)計(jì)時，要對周邊環(huán)境有充足的認(rèn)識，并進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，對有偏差的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行重點(diǎn)分析，對重要的風(fēng)險源及時采取針對性的處理措施。

復(fù)雜敏感環(huán)境； 深大基坑； 地鐵保護(hù)； 基坑設(shè)計(jì)； Midas有限元計(jì)算； 自動化監(jiān)測

0 引言

目前，城市基坑工程正在向著深、大方向發(fā)展，不規(guī)則形狀基坑越來越多，周邊環(huán)境也越來越復(fù)雜，基坑設(shè)計(jì)的時空特性、應(yīng)對敏感建(構(gòu))筑物的復(fù)雜性成為基坑工程施工需要面對的難題。復(fù)雜敏感環(huán)境下的深大基坑設(shè)計(jì)重點(diǎn)是滿足基坑自身安全、控制周邊建筑物變形和方便施工組織等。然而，無論是深基坑工程本身的設(shè)計(jì)還是對周圍環(huán)境的影響分析，實(shí)踐中都還存在著一定的不足，普通工程勘察所提供的巖土參數(shù)資料無法滿足復(fù)雜計(jì)算的要求，三維模擬計(jì)算無法完全模擬復(fù)雜的施工工況，對地下水、巖土介質(zhì)與結(jié)構(gòu)物之間的接觸界面都較難模擬，簡化計(jì)算存在著精度不足的問題，實(shí)際施工工況也往往與先期設(shè)計(jì)工況有偏差?；庸こ淘O(shè)計(jì)需進(jìn)行深入、全面的設(shè)計(jì)驗(yàn)算，同時需要了解計(jì)算存在的不足，結(jié)合相應(yīng)的工程措施予以彌補(bǔ)，最終保證工程的安全。

針對復(fù)雜基坑的設(shè)計(jì)計(jì)算，前人做過較多的研究。文獻(xiàn)[1-2]采用三維有限元計(jì)算的方法分析了復(fù)雜條件下的基坑設(shè)計(jì)； 黃沛等[3]對采用分區(qū)開挖減小相鄰地鐵結(jié)構(gòu)變形的方法進(jìn)行了分析； 馮龍飛等[4]以廣州地鐵側(cè)方的典型深基坑工程為例，介紹了內(nèi)撐式和雙排樁2種常用支護(hù)體系的特點(diǎn)及其工程應(yīng)用情況，并通過地鐵位移監(jiān)測、基坑變形監(jiān)測分析，探討了基于地鐵保護(hù)的深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及變形控制； 劉煥存等[5]采用三維模擬軟件對北京地鐵深基坑設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析； 文獻(xiàn)[6-8]則通過簡化、離散、拼接等方式對復(fù)雜基坑支護(hù)體系進(jìn)行了分析； 王建中等[9]針對不規(guī)則基坑的支撐布置方式進(jìn)行了論述，對環(huán)形支撐的特點(diǎn)進(jìn)行了歸納，并結(jié)合基坑應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了分析。理論計(jì)算是工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，但施工中的因素遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)因素復(fù)雜，實(shí)測數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)往往存在偏差。地下水是基坑工程安全事故的主要風(fēng)險源，周紅波等[10]通過大量統(tǒng)計(jì)得出，約有62%的基坑事故與地下水滲流有關(guān)，本文在該依托工程設(shè)計(jì)中將地下水處理作為工程重難點(diǎn)予以重視。

佛山桂城越秀星匯云錦項(xiàng)目基坑緊鄰地鐵及其他

構(gòu)筑物，地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑尺寸較大，地鐵對變形的控制要求嚴(yán)格，在計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，采用地下水控制、基坑與地鐵結(jié)構(gòu)間夾土加固等工程措施，結(jié)合嚴(yán)密的監(jiān)控措施，最終保證了工程和相鄰地鐵及構(gòu)筑物的安全。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

項(xiàng)目位于佛山市南海大道與南桂東路交叉口的西南和東南象限，共分為A、B、C區(qū)3個部分，其中A區(qū)位于南海大道西側(cè)，B區(qū)位于南海大道東側(cè)，C區(qū)為跨越南海大道的多條頂管通道組成的地下空間。南海大道兩側(cè)設(shè)置了明挖的頂管始發(fā)井和接收井，分別與A、B區(qū)地下室緊鄰，C區(qū)在A、B區(qū)基坑施工之前完成， A、B區(qū)基坑與C區(qū)工作井共用0.8 m厚的地下連續(xù)墻。A、B區(qū)基坑北側(cè)緊鄰正在運(yùn)營的地鐵廣佛線桂城站，最小距離僅約3 m，2個基坑埋深19.4 m，地鐵底板埋深16.6 m； B區(qū)基坑西北側(cè)緊貼1條4 m×2.5 m的混凝土排水渠箱，渠箱常處于滿水狀態(tài)。A區(qū)西側(cè)和南側(cè)、B區(qū)東側(cè)和南側(cè)分布有密集的建筑物，距離A、B區(qū)基坑的最小距離約17 m，A、B區(qū)基坑總平面見圖1，1-1斷面和2-2斷面的剖面見圖2。

圖1 A、B區(qū)基坑總平面布置圖(單位： m)

(a) 1-1斷面

(b) 2-2斷面

1.2 地質(zhì)條件

地層分布主要以填土層、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂、粉砂、中砂、粉質(zhì)黏土、粉土和中粗砂層為主，其中砂、淤泥質(zhì)土層厚度達(dá)19～22 m，且多以透水性較好的富水砂層為主。地面以下12 m內(nèi)的土層多以標(biāo)準(zhǔn)貫入度小于10擊的軟土為主，12 m至巖面之間的地層標(biāo)準(zhǔn)貫入度錘擊數(shù)也多在20擊以下?；鶐r為白堊系風(fēng)化泥巖、砂巖，基底均位于中粗砂層。A區(qū)北側(cè)地質(zhì)剖面如圖3所示，地層性質(zhì)參數(shù)見表1。場地地下水位高、水量豐富，基坑漏水或抽水會帶走粉砂層的細(xì)小顆粒，造成地面下陷開裂，可能危及周圍建筑物。

2 設(shè)計(jì)驗(yàn)算及措施

2.1 設(shè)計(jì)方案

地層上部存在較厚的淤泥及粉細(xì)砂層，地下水位較高，附近地鐵施工時多次出現(xiàn)連續(xù)墻接縫漏水的情況，且周邊環(huán)境敏感，因此在滿足結(jié)構(gòu)受力的前提下，需盡量提高支護(hù)的結(jié)構(gòu)剛度和止水性，以控制變形和防止涌水。根據(jù)實(shí)際情況，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用地下連續(xù)墻，連續(xù)墻厚度為1.0 m，墻底嵌入中微風(fēng)化巖層的深度不小于1 m，支撐體系采用3道鋼筋混凝土支撐。連續(xù)墻采用工字鋼接頭，2期鋼筋籠端部內(nèi)側(cè)設(shè)置預(yù)留鋼板，接縫處預(yù)留注漿管，接縫有涌水涌砂征兆時，可及時焊接預(yù)留鋼板與工字鋼，并實(shí)施接縫注漿，以快速止砂止水。

圖3 A區(qū)北側(cè)地質(zhì)剖面圖(單位： mm)

層號巖土名稱狀態(tài)重度γ/(kN/m3)黏聚力c/kPa內(nèi)摩擦角φ/(°)側(cè)壓力系數(shù)ξ垂直基床系數(shù)K/(MPa/m)滲透系數(shù)/(cm/s)<2>粉質(zhì)黏土可塑18.928.712.40.43181.4×10-7～6.1×10-7<3>淤泥質(zhì)土流塑17.14.93.60.7238.4×10-7～6.8×10-6<4>粉細(xì)砂松散18.728.40.461.5×10-5～2.0×10-3<9>粉質(zhì)黏土可塑19.435.29.10.43181.2×10-7<10>淤泥質(zhì)土流塑17.14.93.90.7238.2×10-7～1.0×10-6<11>粉質(zhì)黏土、粉土可塑20.326.110.30.43185.2×10-7～7.7×10-6<12>粉砂稍密-中密20.228.20.4121.5×10-5～9.2×10-4<13>中粗砂中密-密實(shí)19.635.40.35153.6×10-4～6.6×10-1<14>殘積土可塑20.028.512.40.4301.3×10-7～7.8×10-6<15>強(qiáng)風(fēng)化巖半巖半土狀19.840.418.4<16>中風(fēng)化巖103.542.3

A區(qū)基坑整體呈100 m×130 m的矩形，較規(guī)則，采用了4個角部斜撐+中部對撐的布置形式，A區(qū)基坑支撐布置見圖4(a)。基坑埋深約為19.4 m，設(shè)置3道混凝土支撐。支撐布置形式受力體系清晰明確，局部穩(wěn)定性較好，局部提前拆撐基本不影響其他區(qū)域的受力，整體剛度較大，對控制變形較為有利。

B區(qū)基坑西北角接近弧形，且緊鄰排水渠箱，無法設(shè)置斜撐。若布置對撐，則需要的對撐長度過大，支撐剛度小，且對施工空間影響較大，不利于施工組織，故采用環(huán)形布撐方式?；由疃燃s為19.4 m，設(shè)置3道混凝土支撐，B區(qū)基坑支撐布置如圖4(b)所示。

2.2 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

2.2.1 基坑自身安全驗(yàn)算

A區(qū)基坑采用斜撐+對撐的布置形式，采用理正深基坑軟件對A區(qū)基坑進(jìn)行簡化單元計(jì)算和整體計(jì)算，由簡化單元計(jì)算的基坑最大變形時的內(nèi)力包絡(luò)圖和整體計(jì)算結(jié)果如圖5。整體計(jì)算中，最大位移為31.34 mm，在基坑的東南角位置，此處有板撐，軟件無法模擬，故忽略此處變形，基坑其他位置的最大位移為23.11 mm，位于基坑的南側(cè)； 單元計(jì)算中，最大位移為29.48 mm，相對整體計(jì)算偏大，原因主要是理正軟件整體計(jì)算采用的是全量法，而單元計(jì)算采用的是增量法。整體計(jì)算結(jié)果顯示，基坑軸力最大值發(fā)生在第3道支撐的最短斜撐位置，最大值為15 040 kN。

對A區(qū)基坑的計(jì)算結(jié)果采用Midas GTS有限元軟件荷載結(jié)構(gòu)法進(jìn)行了三維計(jì)算復(fù)核?；觾?nèi)部和外部土體分別采用僅受壓面彈簧模擬，根據(jù)開挖工況逐步增加外部壓力，并鈍化內(nèi)部彈簧，架設(shè)內(nèi)支撐，以實(shí)現(xiàn)增量法的計(jì)算過程。經(jīng)計(jì)算，最大水平位移為22 mm，與理正整體計(jì)算結(jié)果較為接近，基坑整體變形形態(tài)也較為相似，A區(qū)基坑Midas有限元計(jì)算模型及最大位移云圖見圖6。

(a) A區(qū)基坑

(b) B區(qū)基坑

Fig. 4 Plan of support of section A and section B foundation pit (mm)

A區(qū)基坑3種計(jì)算方法的主要結(jié)果對比見表2。從表中可以看出，3種計(jì)算方法的結(jié)果存在一定的偏差，但不顯著。單元計(jì)算的最大支撐軸力偏小、位移偏大，原因可能是支撐的支錨剛度計(jì)算偏??； 理正和Midas整體計(jì)算結(jié)果的偏差不大，產(chǎn)生差異的原因主要是荷載計(jì)算和被動區(qū)彈簧剛度取值不完全相同，另外最大位移位置雖不同，但2個模型在基坑西側(cè)和南側(cè)的變形都較大，變形形態(tài)也相似。3種方法相互驗(yàn)證，說明計(jì)算方法基本合理，結(jié)果基本可信。

B區(qū)基坑采用環(huán)形支撐布置形式，較難采用簡化單元的計(jì)算方法進(jìn)行基坑計(jì)算。文獻(xiàn)[8]對空間支撐的計(jì)算做了論述，通過將支撐體系與圍護(hù)結(jié)構(gòu)分離，在支撐體系周圍施加單位均布線荷載求得體系四周的位移，然后反算各個位置處的支錨剛度。根據(jù)此方法計(jì)算的支撐剛度較小，計(jì)算位移過大，無法滿足基坑設(shè)計(jì)要求。分析文獻(xiàn)[8]中離散支撐體系計(jì)算的基坑變形遠(yuǎn)大于整體模型的原因是離散后的支撐體系模型僅考慮了外側(cè)土體作為荷載的不利因素，而未考慮地下連續(xù)墻及外側(cè)土體對變形的控制作用，以及空間環(huán)形支撐受力不均勻出現(xiàn)了壓扁現(xiàn)象使部分位置反算出的支錨剛度過小。

(a) A區(qū)基坑最大內(nèi)力包絡(luò)圖(簡化單元計(jì)算法)

(b) A區(qū)基坑位移云圖(整體計(jì)算法)

(c) A區(qū)基坑支撐軸力(整體計(jì)算法)

Fig. 5 Simulation results of section A foundation pit calculated by element method and integrity method

(a) 計(jì)算模型

(b) 最大位移云圖

Fig. 6 Midas finite element calculation model and nephogram of maximum displacement of section A foundation pit

表2 A區(qū)基坑不同計(jì)算方法的結(jié)果對比

Table 2 Comparison among three calculation methods in terms of calculation results

計(jì)算方法變形最大值/mm最大值位置內(nèi)力最大值第3道支撐軸力/kN連續(xù)墻彎矩/(kN·m)理正單元計(jì)算29.48基坑下部120211682理正整體計(jì)算23.11 南側(cè),2個斜撐段交界處150401744Midas整體計(jì)算22 西側(cè),斜撐與對撐段交界處143461506

對于B區(qū)基坑驗(yàn)算同樣采用Midas GTS有限元軟件荷載結(jié)構(gòu)整體模型對基坑開挖進(jìn)行模擬，計(jì)算模型見圖7(a)。模型中，將坑外土簡化為荷載，未開挖土體及坑外土體以僅受壓彈簧進(jìn)行模擬，根據(jù)開挖工況分區(qū)分層逐步加載，以實(shí)現(xiàn)增量法的計(jì)算過程。經(jīng)計(jì)算，基坑最大位移發(fā)生在拆除第1道支撐階段，最大水平位移發(fā)生在部分支撐點(diǎn)位置，約為39.5 mm，水平位移云圖見圖7(b)。支撐最大軸力發(fā)生在開挖至19.4 m深度工況時第3道支撐處，此時環(huán)形撐也承受了較大彎矩，支撐的軸力及彎矩分別見圖7(c)和7(d)。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)時，對局部變形較大的位置和環(huán)形支撐彎矩較大的位置采用了板撐進(jìn)行加強(qiáng)處理。

(a) 整體計(jì)算模型

(b) A區(qū)位移云圖(整體計(jì)算法)

(c) 開挖至19.4 m深度工況下第3道支撐的軸力圖

(d) 開挖至19.4 m深度工況下第3道支撐的彎矩圖

Fig. 7 Midas GTS calculation model and simulation results of section B foundation pit

2.2.2 基坑開挖對周圍環(huán)境的影響分析

針對地鐵保護(hù)要求較高的特點(diǎn)，基于2個基坑開挖對周邊地鐵結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了三維有限元分析。經(jīng)計(jì)算，A區(qū)基坑附近車站及區(qū)間的最大側(cè)向變形為 8.1 mm，位于在車站和區(qū)間交接位置； 遠(yuǎn)離B區(qū)基坑的盾構(gòu)區(qū)間的最大水平位移為6.8 mm，明挖區(qū)間最大水平位移為10.5 mm，出現(xiàn)在距離基坑最近的位置?；娱_挖對地鐵影響分析的計(jì)算模型及水平位移云圖見圖8。由計(jì)算結(jié)果可知，總體計(jì)算位移均小于城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值20 mm[11]，理論上滿足地鐵保護(hù)要求，文獻(xiàn)[11]也得到了相似的結(jié)論。

(a) A、B區(qū)基坑整體計(jì)算模型

(b) 整體計(jì)算模型(地鐵結(jié)構(gòu)部分)

(c) 水平位移云圖

Fig. 8 Calculation model of influence of foundation pit excavation on metro and nephogram of horizontal displacement

排水渠箱幾乎緊貼基坑，所以可以認(rèn)為渠箱的變形等同于相鄰連續(xù)墻的水平變形，因此進(jìn)行渠箱保護(hù)最重要的是控制相鄰連續(xù)墻的變形。在基坑施工前對渠箱進(jìn)行了遷改，按要求設(shè)置了多處變形縫，并在底部布置了點(diǎn)陣式的旋噴樁，以更好抵御基坑施工引起的渠箱變形。

2.3 驗(yàn)算過程中存在的問題

針對該工程復(fù)雜的地質(zhì)條件、邊界條件，以上各類型的驗(yàn)算尚存在一些不足，對這些不足在設(shè)計(jì)階段和施工階段要有充分的認(rèn)識。

1) A區(qū)基坑布置采用斜撐和對撐結(jié)合的形式，空間受力也較為顯著，采用單元計(jì)算可以一定程度上模擬結(jié)構(gòu)的受力和變形，但在對撐和斜撐相鄰區(qū)域容易出現(xiàn)偏差。

2) 荷載結(jié)構(gòu)模型中外部荷載的計(jì)算存在水土合算和水土分算的爭議，尤其對于黏性土層，實(shí)際基坑監(jiān)測情況往往與水土合算和水土分算的結(jié)果都有偏差。本工程主要采用水土分算進(jìn)行計(jì)算。

3) 受限于邊界條件的復(fù)雜性和普遍的技術(shù)水平，在三維地層結(jié)構(gòu)模型中，很難精確的模擬圍護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊地層之間的接觸、地下水的作用、周邊建筑及其基礎(chǔ)形式，常規(guī)的地勘參數(shù)也難以滿足復(fù)雜巖土本構(gòu)模型的建模要求。所以三維地層結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算更多的作為定性分析，很難在定量上滿足mm級的精度要求。因此，本工程將地鐵保護(hù)的三維計(jì)算分析作為一種定性判斷的手段，由于無加固后的地層參數(shù)，地層加固體的作用也未在計(jì)算模型中考慮。

4) 設(shè)計(jì)驗(yàn)算工況為理想工況，而實(shí)際施工的步驟、構(gòu)件質(zhì)量、時間因素、天氣條件、外部荷載條件等有一定的差異，因此設(shè)計(jì)驗(yàn)算具有一定的局限性，工程設(shè)計(jì)應(yīng)有一定的包容性。

2.4 周邊環(huán)境保護(hù)的其他措施

結(jié)合以上分析，本工程的設(shè)計(jì)在理論上基本可以滿足基坑自身和周邊環(huán)境的安全，但仍存在一定的不確定性，如地下水損失和連續(xù)墻成槽等，需要采取一些措施進(jìn)一步規(guī)避風(fēng)險。

1)隔離加固措施?；优c地鐵結(jié)構(gòu)距離較近，且比相鄰地鐵埋深大，基坑變形對相鄰地鐵的影響較大，因此在B區(qū)和A區(qū)靠近地鐵結(jié)構(gòu)的北側(cè)分別設(shè)置了3排三軸攪拌樁(見圖4)，以起到隔離和止水的作用，攪拌樁先于地下連續(xù)墻施工以保證咬合。計(jì)算結(jié)果顯示，B區(qū)北側(cè)的明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)變形也較大，因此采用格柵狀攪拌樁對兩結(jié)構(gòu)之間的土體進(jìn)行了隔離加固。

2)接頭止水措施。連續(xù)墻接縫均采用3根旋噴樁，加強(qiáng)接縫處的止水。

3)地鐵結(jié)構(gòu)自動化監(jiān)測措施。連續(xù)墻和基坑施工期間對地鐵車站和區(qū)間結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動化監(jiān)測。

4)施工工序。A、B區(qū)基坑緊鄰地鐵，為避免2個基坑同時開挖造成變形效應(yīng)疊加、地鐵結(jié)構(gòu)位移超限，設(shè)計(jì)文件中要求2個基坑先后分期施工。另外，不得在基坑北側(cè)靠近地鐵處出土、堆放材料、停放大型機(jī)械，基坑開挖應(yīng)遵循分層分區(qū)的原則，基坑北側(cè)作為最后的循環(huán)分區(qū)開挖。

3 施工過程及分析

3.1 施工過程

實(shí)際實(shí)施過程中，B區(qū)基坑先于A區(qū)基坑施工。施工中在B區(qū)基坑的西南角、西北角、基坑西側(cè)出現(xiàn)了局部涌水、涌砂，主要是連續(xù)墻接頭處刷槽不干凈所致，B區(qū)連續(xù)墻接縫涌水、涌砂臨時封堵現(xiàn)場見圖9。因此，在A區(qū)施工時特別注意了接頭的施工質(zhì)量，施工中未發(fā)生連續(xù)墻接縫漏水的現(xiàn)象。其余施工均按設(shè)計(jì)工序正常完成。

在基坑漏水處理過程中，接頭預(yù)埋鋼板和注漿管的措施對漏水起到了一定的延緩作用，但對接縫處粉細(xì)砂的快速涌出其作用也較為有限，建議將重點(diǎn)放在連續(xù)墻的施工質(zhì)量方面。

B區(qū)基坑西南側(cè)涌水時，地面出現(xiàn)了明顯的沉降、開裂，而B區(qū)基坑北側(cè)基坑涌水期間，地鐵結(jié)構(gòu)變形及地表變形并未顯著增加，接縫滲水中含砂量也較西南側(cè)明顯偏少，說明在基坑失水的情況下基坑北側(cè)的加固體對地鐵結(jié)構(gòu)的安全起到了保護(hù)作用。

圖9 B區(qū)連續(xù)墻接縫涌水、涌砂臨時封堵現(xiàn)場

Fig. 9 Temporary sealing site of water and sand gushing of diaphragm wall of section B foundation pit

3.2 基坑監(jiān)測情況

3.2.1 A區(qū)基坑監(jiān)測結(jié)果及分析

A區(qū)基坑墻頂水平位移和連續(xù)墻測斜的最大值均發(fā)生在基坑北側(cè)的中部，即靠近地鐵車站的位置。最大墻頂水平位移為19.36 mm； 測斜最大值為11.47 mm，發(fā)生在基坑開挖至坑底時刻墻頂位置，其他墻體測斜測點(diǎn)情況類似； 基坑最大支撐軸力發(fā)生在基坑西南角最短的斜撐上。監(jiān)測結(jié)果分析如下：

1) 從監(jiān)測結(jié)果來看，基坑位移和支撐軸力均小于理論計(jì)算值，且差異較大，說明理論計(jì)算與實(shí)際有一定的偏差。

2) 墻頂水平位移最大值比連續(xù)墻測斜最大值大，說明墻底可能發(fā)生了踢腳。

3) 基坑變形最大值位于兩段斜撐相交的基坑中部，與計(jì)算結(jié)果基本相同。連續(xù)墻豎向變形形態(tài)和理論分析不同，理論分析中最大變形出現(xiàn)在連續(xù)墻中下部第3道支撐附近，呈“鼓肚子”的形態(tài)，實(shí)測最大值發(fā)生在連續(xù)墻頂部，具體原因目前無法分析清楚。

3.2.2 B區(qū)基坑監(jiān)測結(jié)果及分析

B區(qū)基坑墻頂水平位移和連續(xù)墻測斜的最大水平位移均發(fā)生在基坑西北側(cè)的弧形段、靠近地鐵車站的位置。最大墻頂位移為19.18 mm，向基坑內(nèi)側(cè)變形； 測斜最大值為11.90 mm，發(fā)生在開挖至基坑底部時刻的墻頂位置，其他墻體測斜測點(diǎn)情況類似，最大變形都在10 mm以下，基坑最大支撐軸力位于基坑第3道環(huán)撐東北部，比理論計(jì)算值大，環(huán)撐上其他測點(diǎn)的最大軸力與理論計(jì)算值接近。監(jiān)測結(jié)果分析如下：

1) 從監(jiān)測結(jié)果來看，基坑位移普遍小于設(shè)計(jì)計(jì)算值，可能與測斜管深度不足有關(guān)。

2) 基坑變形最大值出現(xiàn)的位置與理論計(jì)算結(jié)果相同。但連續(xù)墻豎向變形形態(tài)和理論計(jì)算結(jié)果不同，理論計(jì)算中最大變形出現(xiàn)在連續(xù)墻中下部第3道支撐附近，呈“鼓肚子”的形態(tài)； 實(shí)測最大值發(fā)生在連續(xù)墻頂部，總體呈上大下小的特點(diǎn)?；酉虏孔冃涡∮诶碚撚?jì)算值的原因可能與外部荷載及地層彈簧的剛度取值有關(guān)。

3) 支撐軸力基本與理論計(jì)算值接近，但局部最大值遠(yuǎn)大于理論計(jì)算的最大值。在2013年8月18日之后的幾天內(nèi)監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)了突變，該段時間正在開挖最后一層土，屬于正常工況，且附近無特殊堆載，地下水無明顯變化，目前，突變原因不明。

3.3 地鐵監(jiān)測情況

1) 距離B區(qū)基坑最近的地鐵出入口最大沉降為9.83 mm，理論計(jì)算為8.65 mm。

2) 車站結(jié)構(gòu)最大沉降量為4.29 mm(理論計(jì)算為5.09 mm)，發(fā)生在遠(yuǎn)離B區(qū)基坑的車站北側(cè)位置。

3) 區(qū)間隧道最大水平位移為3.8 mm，理論計(jì)算為8.14 mm； 最大沉降量為3.6 mm，理論計(jì)算為5.11 mm。

對地鐵車站的監(jiān)測結(jié)果分析如下：

1) 地鐵結(jié)構(gòu)實(shí)測變形較小，均在安全容許范圍之內(nèi)。

2) 車站結(jié)構(gòu)最大沉降發(fā)生在距基坑較遠(yuǎn)處，車站結(jié)構(gòu)發(fā)生了微小的傾斜，具體原因可能與該位置附近車站連續(xù)墻發(fā)生過涌水并采取了注漿處理有關(guān)，且此處砂層較厚、滲透系數(shù)高、失水影響范圍較遠(yuǎn)。

3) 實(shí)測變形值與理論分析值較為接近。

4 結(jié)論及討論

1) 針對本工程復(fù)雜的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，設(shè)計(jì)階段采用的連續(xù)墻+混凝土支撐方案是可行的。通過計(jì)算模擬，并輔以局部地層加固、強(qiáng)化監(jiān)測措施等方法，基本保證了基坑及周邊環(huán)境的安全，說明分析和解決問題的方法是有效的。

2) 基坑計(jì)算的基礎(chǔ)理論較為成熟，但實(shí)際操作中存在非常復(fù)雜的影響因素，如地層參數(shù)不足、地下水計(jì)算偏差、施工工況與設(shè)計(jì)工況不一致等都會影響基坑計(jì)算的準(zhǔn)確性，工程設(shè)計(jì)中需要綜合考慮這些因素的影響，不能僅僅依賴計(jì)算結(jié)果，針對工程重難點(diǎn)應(yīng)采取針對性的措施。

3) 地下水是基坑工程施工中重要的風(fēng)險源，雖然采取了多項(xiàng)止水措施，但實(shí)施過程中仍出現(xiàn)了連續(xù)墻接縫涌水、涌砂問題，值得我們進(jìn)一步分析總結(jié)。

4) 監(jiān)測是工程施工過程中的“眼睛”，有效的監(jiān)測是信息化施工的前提，是有效控制風(fēng)險的保障。在本工程復(fù)雜敏感的環(huán)境下，自動化監(jiān)測手段在實(shí)施過程中起到了較為重要的作用，為實(shí)時掌握地鐵結(jié)構(gòu)變形情況、指導(dǎo)施工提供了依據(jù)，尤其是基坑出現(xiàn)涌水的情況下，對判斷地鐵結(jié)構(gòu)的安全與否起到了關(guān)鍵作用。但也有部分?jǐn)?shù)據(jù)(如連續(xù)墻變形形態(tài))與理論計(jì)算及常規(guī)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)有偏差，需要進(jìn)一步分析。

[1] 王強(qiáng).敏感環(huán)境下深大基坑開挖實(shí)測分析及數(shù)值模擬[J].土木工程學(xué)報， 2011, 44(增刊): 98-101. WANG Qiang. Field and numerical analysis of a deep foundation in sensitive environment [J]. China Civil Engineering Journal, 2011, 44(S): 98-101.

[2] 陳希，徐偉，段朝靜.雙圓環(huán)形超深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬與監(jiān)測分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012, 40(2): 179-185. CHEN Xi， XU Wei， DUAN Chaojing. Numerical simulation and monitoring analysis of double-ring bracing system in super deep foundation pit [J]. Journal of Tongji University(Nutural Science), 2012, 40(2): 179-185.

[3] 黃沛,陳華,張倩,等. 大型基坑分區(qū)開挖對鄰近地鐵的影響[J].工程勘察,2015,43(8): 15-20. HUANG Pei, CHEN Hua, ZHANG Qian, et al. Impact of large scale partitioned excavation on nearby metro[J]. Geotechnical Investigation & Surveying, 2015, 43(8): 15-20.

[4] 馮龍飛,楊小平,劉庭金，等. 緊鄰地鐵側(cè)方深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及變形控制[J]. 地下空間與工程學(xué)報, 2015,11(6): 1581-1587. FENG Longfei, YANG Xiaoping, LIU Tingjin, et al. Supporting design and deformation control of deep excavation adjacent to the metro side[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2015,11(6): 1581-1587.

[5] 劉煥存,黎良杰,王程亮，等. 緊臨地鐵站基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

與變形控制[J]. 巖土工程學(xué)報, 2012, 34(增刊1): 654-658. LIU Huancun, LI Liangjie, WANG Chengliang, et al. Design and deformation control of excavation support project close to a subway station[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2012, 34(S1): 654-658.

[6] 顧漢梁，張昌權(quán)，范益群,等.軟土地基深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的空間子結(jié)構(gòu)分析[J]. 土木工程學(xué)報， 2000, 33(3): 78-83. GU Hanliang, ZHANG Changquan, FAN Yiqun, et al. The space analysis of frame bracing structure in soft soil deep excavation using finite element sub-structure computing technique[J]. China Civil Engineering Journal, 2000, 33(3): 78-83.

[7] 陸培毅，劉暢，顧曉魯.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)簡化空間分析方法的研宄[J].巖土工程學(xué)報，2002, 24(4): 471-474. LU Peiyi, LIU Chang, GU Xiaolu. Researches on bracing system of foundation pit using simplified space analytical method[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2002, 24(4): 471-474.

[8] 王建華，范巍，王衛(wèi)東, 等. 空間m法在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報，2006, 28(增刊1)： 1332-1335. WANG Jianhua, FAN Wei, WANG Weidong, et al. Application of 3D m-method in analysis of retaining structures of deep excavation[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2006， 28(S1): 1332-1335.

[9] 王建中,周光熙.對基坑環(huán)形支撐系統(tǒng)的幾點(diǎn)探討[J].巖土工程界, 2008, 11(9): 37-40. WANG Jianzhong, ZHOU Guangxi. Some discussion in circular foundation pit support system [J]. Geotechnical Engineering World, 2008，11(9): 37-40.

[10] 周紅波,蔡來炳,高文杰，等.城市軌道交通車站基坑事故統(tǒng)計(jì)分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2009,36(2): 67-71. ZHOU Hongbo, CAI Laibing, GAO Wenjie，et al. Statistical analysis of the accidents of foundation pit of the urban mass rail transit station[J].Hydrogeology & Engineering Geology, 2009, 36(2): 67-71.

[11] 城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范: CJJT 202—2013[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2013. Technical code for protection structures of urban rail transit: CJJT 202—2013[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2013.

Design and Practice of Deep and Large-scale Foundation Pit in Complex and Sensitive Environment

JIANG Baochen, LI Xiansen

(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

Many risks would be encountered during excavation of deep and large-scale foundation pit in complex and sensitive environment, consequently, rational design scheme is very important. In view of 2 deep and large-scale foundation pits in complex and sensitive environment, a series of technologies, i.e., retaining structure mode, support arrangement mode, groundwater treatment and automatized metro monitoring, are taken to guarantee the safety of foundation pit and surrounding environment with consideration of geology, hydrology, surrounding environment, shape of foundation pit and convenience. The monitoring results of foundation pit and surrounding environment are analyzed, and the analytical results show that the surrounding environment of deep and large-scale foundation pit in complex and sensitive environment should be well recognized, detailed calculation should be carried out, the calculation deviation should be calculated with emphasis, and corresponding countermeasures should be adopted for important risk source timely.

complex and sensitive environment; deep and large-scale foundation pit; metro protection; foundation pit design; Midas finite element calculation; automatized monitoring

2017-02-13;

2017-05-08

姜寶臣(1978—)，男，黑龍江哈爾濱人，2001年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院，交通土建專業(yè)，本科，高級工程師，現(xiàn)主要從事地鐵及市政公路隧道設(shè)計(jì)工作。E-mail: 56594090@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.012

U 452.2

B

1672-741X(2017)05-0600-09