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        地鐵車站深基坑開挖實測變形數(shù)據(jù)分析

        2018-03-21 12:44:48謝東孫向東陳立強(qiáng)
        珠江水運 2018年4期
        關(guān)鍵詞:紅光圍護(hù)結(jié)構(gòu)車站

        謝東 孫向東 陳立強(qiáng)

        摘 要:文章以烏魯木齊市軌道交通4號線紅光山車站為依托工程,分析了基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、地表沉降的現(xiàn)場實測變形數(shù)據(jù),得出基坑在不同開挖工況下,不同監(jiān)測斷面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地表的變形規(guī)律,對類似基坑的施工和監(jiān)測工作有一定的指導(dǎo)意義。

        關(guān)鍵詞:深基坑 水平位移 地表沉降

        1.工程概況

        烏魯木齊市軌道交通4號線紅光山站為明挖地下3層、局部4層島式車站,兩端均為盾構(gòu)區(qū)間。站臺中心里程為右YDK22+126.988,車站起點里程右YDK22+37.628,車站終點里程右YDK22+207.828,車站總長170.20m,標(biāo)準(zhǔn)段寬22.7m,底板埋深約28m。

        車站位于紅光山路和南湖北路路口東南,呈東西向布設(shè)于紅光山路南側(cè)綠化帶內(nèi),該道路為城市交通主干道,車流量極大。車站基坑北側(cè)緊鄰紅光山路,南側(cè)現(xiàn)為在售樓盤售樓處,基坑西側(cè)及東側(cè)為人行道及綠化。

        2.基坑監(jiān)測設(shè)計

        2.1測點選取

        截止2017年10月16日,紅光山車站西端頭已開挖至21m,安裝完成3道鋼支撐。按照紅光山站的施工監(jiān)測方案,結(jié)合現(xiàn)場施工進(jìn)度,選取西端頭附近的部分監(jiān)測點作為研究對象。共選取基坑西端頭4個圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移測點和基坑南北兩側(cè)各3排地表沉降點進(jìn)行實測變形數(shù)據(jù)分析。ZQT01、ZQT02位于基坑北側(cè),ZQT20、ZQT21位于基坑南側(cè),其中ZQT01處于西端頭中部,ZQT02和ZQT21位于基坑西端頭陽角處。北側(cè)設(shè)置DBC01、DBC02、DBC03共3個地表沉降監(jiān)測斷面,南側(cè)設(shè)置DBC31、DBC32、DBC33共3個地表沉降監(jiān)測斷面。

        2.2工程監(jiān)測工況

        圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地表的變形是隨著基坑的開挖動態(tài)變化的,通過監(jiān)測這種動態(tài)變化得到的數(shù)據(jù)對于基坑分步開挖施工過程中的安全控制具有重要的指導(dǎo)意義。在實際工程中,關(guān)注的是每個施工步驟圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊地表的變形情況,在紅光山車站基坑工程中,把現(xiàn)階段的施工過程分為6個施工監(jiān)測工況,從而在監(jiān)測數(shù)據(jù)里找到每個工況對應(yīng)的數(shù)值,分析變形的基本規(guī)律。

        3.實測結(jié)果分析

        3.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移

        根據(jù)紅光山站西端頭ZQT01、ZQT02、ZQT20、ZQT21圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移在不同施工工況時的曲線可知,在冠梁施工和安裝第一道鋼支撐時,圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移很小,僅在頂部有少量位移。當(dāng)土體開挖0~9m時,位移曲線發(fā)生顯著改變,常規(guī)位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移(ZQT01、Z Q T 20)呈拋物線型,最大位移在-7.5m處;陽角位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移(ZQT02、ZQT21)從頂部往下依次減小,最大位移在-0.5m處。安裝第二道鋼支撐后位移曲線變化不大,有少量的恢復(fù)。當(dāng)土體開挖9~17m時,各水平位移最大值有所增大但規(guī)律不變,常規(guī)位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移(ZQT01、ZQT20)最大位移下移至-10.0m處。加第三道鋼支撐后位移曲線無顯著變化,并有少量恢復(fù)。當(dāng)土體開挖17~21m時,各水平位移最大值繼續(xù)增大,常規(guī)位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移(ZQT01、ZQT20)最大位移下移至-13.5m處;陽角位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移(ZQT02、ZQT21)最大位移仍在-0.5m處。

        表1統(tǒng)計了各圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移測點在不同工況下的最大值,從表1可看出,隨著基坑土方的開挖,各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移逐漸增加,處于基坑陽角處的ZQT02、ZQT21的水平位移最大值較常規(guī)位置的ZQT01、ZQT20小,這體現(xiàn)了基坑開挖的空間效應(yīng),說明基坑角部圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,變形可控。位移基坑北側(cè)的ZQT01、ZQT02圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形比南側(cè)的ZQT20、ZQT21大,原因可能是基坑北側(cè)的施工荷載較大,周邊超載造成土體向基坑內(nèi)側(cè)向變形,引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

        3.2地表沉降

        3.2.1地表沉降與基坑開挖時間的關(guān)系

        紅光山車站西端頭已累計開挖至21m,取車站北側(cè)DBC01、DBC02斷面,南側(cè)DBC32、DBC33斷面的地表沉降點作為研究對象。結(jié)合現(xiàn)場施工進(jìn)度分析地表沉降-時間關(guān)系,可得出以下結(jié)論:

        (1)地表沉降點的累計沉降量隨著基坑施工的進(jìn)行不斷增大,DBC01-01、DBC02-01、DBC32-01、DBC33-01最終沉降量分別為-6.93mm、-14.02mm、-12.65mm、-9.34mm?;游鞫祟^角點處的DBC01-01、DBC33-01最終沉降相對較?。槐眰?cè)02監(jiān)測斷面的最終沉降最大,可能的原因是該監(jiān)測斷面處于西端頭中間位置,相比角點位置更容易受基坑開挖卸荷的影響,同時該位置大型施工機(jī)械較多,容易引起地面下沉。

        (2)各監(jiān)測斷面地表沉降01號點在第8d左右有較明顯的增加,因為此時基坑開挖較快,深度已達(dá)到7m左右,鋼支撐仍未安裝,導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大,地表沉降也發(fā)展很快,在鋼支撐安裝后(第12d左右),地表沉降速率明顯減緩。到第二層土體開挖時,地表沉降又有一次明顯的增加,安裝對應(yīng)的鋼支撐后沉降速率明顯減緩。

        (3)距離基坑最近的各監(jiān)測斷面01號點,在基坑開挖過程中,沉降量始終最大,滿足實時沉降量01號>02號>03號>04號,且隨著基坑開挖的進(jìn)行,差異沉降量越來越大。

        3.2.2地表沉降與基坑距離的關(guān)系

        按照地表沉降點與基坑距離的遠(yuǎn)近,將地表沉降點分為4組,每組6個測點。根據(jù)最終地表沉降與距基坑距離的關(guān)系可知,基坑角點位置(DBC01、DBC33)的最終地表沉降較小,本工程基坑開挖引起的地表沉降呈曲線狀,距離基坑越近,沉降量越大,其中距離基坑1m處地表沉降最大,原因是基坑擋墻背后填土未充分壓實,土體自然沉降較大,對監(jiān)測結(jié)果造成一定影響。

        紅光山站西端頭處地質(zhì)條件較好,以巖石地質(zhì)為主,基坑周邊其它位置地表沉降較小,距離基坑9m位置地表沉降約為2~4mm??晒浪惚净娱_挖主要影響范圍為開挖深度的1/2左右。

        3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移與地表沉降相關(guān)性

        經(jīng)過分析,可發(fā)現(xiàn)地表沉降與圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移存在一定程度上的同步關(guān)系,圍護(hù)結(jié)構(gòu)隨著基坑的每一次開挖,最大變形增加,速率呈增大趨勢,同時地表沉降量也隨著基坑的每一次開挖也在增大,鋼支撐安裝后,圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和地表沉降量均得到有效的控制,變形速率明顯減緩。

        ZQT01的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移值最大,DBC02的地表沉降最大,且兩者處于同一監(jiān)測斷面??傻贸鲈谕槐O(jiān)測斷面,無超載作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移越大,對應(yīng)位置的地表沉降也越大,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形間接上可反映周邊地表的沉降趨勢。

        4.結(jié)論

        (1)基坑開挖會引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移顯著增大,常規(guī)位置圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移呈拋物線狀,最大位移的位置會隨著基坑開挖逐漸下移,而陽角處圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大位移始終在樁頂處,在鋼支撐安裝后變形速率會明顯減緩;

        (2)處于基坑陽角位置的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移相對較小,此處結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,變形可控;

        (3)基坑周邊地表沉降隨著基坑的開挖逐漸增大,處于基坑角點處的監(jiān)測斷面地表沉降量較小,中間位置的監(jiān)測斷面地表沉降量較大;

        (4)鋼支撐的及時安裝,可有效控制地表沉降速率,施工中應(yīng)及時安裝支撐,確保變形可控;

        (5)本基坑主要以巖石地質(zhì)為主,在開挖過程中,地表沉降呈曲線狀,沉降量與距基坑的距離呈反相關(guān)關(guān)系,離基坑越近,沉降量越大,開挖主要影響范圍為開挖深度的1/2左右;

        (6)地表沉降與圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移存在一定程度上的同步關(guān)系,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形間接上可反映周邊地表的沉降趨勢。

        5.結(jié)束語

        綜上所述,文章通過工程實例分析得出不同監(jiān)測斷面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地表的變形規(guī)律,使用這種規(guī)律,能提高工程的施工效率,同時保證了施工的質(zhì)量,因此,該方法在地鐵施工有著重要的意義,值得推廣應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]劉博韜.地鐵車站深基坑開挖對周邊建筑物的影響研究[D].南京:東南大學(xué),2016.

        [2]劉均紅.西安地鐵車站深基坑變形規(guī)律現(xiàn)場監(jiān)測與FLAC模擬研究[D].西安:西安科技大學(xué),2010.

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