張 召， 張文一， 鮑 凱， 師 海

（1.北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082；2.北京交通大學 土木建筑工程學院，北京 100044）

我國城市地下空間開發(fā)正由點—線—面向區(qū)塊化、網(wǎng)絡化發(fā)展，表現(xiàn)出空間規(guī)模大、結構跨度大、地下超深度、圍護支護復雜、開挖步序多等特點，城市地下空間的建設已進入全新發(fā)展時代[1～2]?；庸こ套鳛槌鞘械叵驴臻g開發(fā)的重要組成，通常依靠臨時或永久支護結構來承載周圍土體壓力，在開挖過程中形成安全可靠的地下空間。目前，新的建設理念、建設規(guī)模等對基坑工程提出了更高要求，特別是高標準的深、大、異形基坑工程建設尤具挑戰(zhàn)[3～4]。城市基坑工程通常處于建筑物和城市生命線工程的密集地區(qū)，對基坑的支護結構和控制措施提出了更高要求[5～6]，目前研究已取得一些成果。針對強透水地層深基坑地下水控制問題，在滿足抗突涌（抗?jié)B流）穩(wěn)定性前提下，采用懸掛式止水帷幕+坑內降水的地下水控制方案，可有效止水且能較好地控制周邊地面沉降[7～8]；同時，已有研究顯示，地下連續(xù)墻具有剛度大、可有效控制基坑變形、止水效果好以及施工工藝成熟等諸多優(yōu)勢[9]。不同的地質環(huán)境的基坑支護結構和措施各不相同。

本文以太原地鐵2號線一期工程晉陽街站深基坑為研究對象，基于基坑開挖過程中地下連續(xù)墻墻體變形和地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了支護結構變形過大的原因并提出采取補撐及坑內水平注漿堵漏的方式對地下連續(xù)墻接縫漏水進行處理等應急處置措施。建立數(shù)值模型對應急處置措施進行分析，為措施的有效性提供了理論依據(jù)，研究成果可為后續(xù)類似工程的設計與實施提供參考。

1 工程概況

晉陽街站為太原地鐵2 號線與3 號線同期實施的T形換乘車站。2號線車站主體為明挖地下2層（換乘節(jié)點處地下3 層）島式車站，雙柱三跨箱型框架結構，總長231.30 m，標準段總寬23.1 m，總高14.99 m，頂板覆土約4.0 m，底板埋深約19.6 m；3 號線車站主體為明挖地下3層島式車站，雙柱三跨箱型框架結構，總長166.78 m，標準段總寬23.3 m，總高22.17 m，頂板覆土約5.4 m，底板埋深約27.9 m，見圖1。

圖1 晉陽街車站布設

采用明挖法先期施工2 號線部分，基坑長度213.3 m，標準段寬23.1 m，深約19.6 m，采用800 mm地下連續(xù)墻+3 道鋼支撐；盾構下沉基坑寬27.2 m，深約21.2 m，采用800 mm 地下連續(xù)墻+3 道支撐，其中第1道為混凝土撐，第2、3道為鋼支撐。見圖2。

圖2 基坑橫剖面

2 深基坑變形監(jiān)測

先開挖南北兩段基坑，再開挖中間換乘節(jié)點處基坑，見圖3。

圖3 基坑平面及測點布置

在施工南側基坑盾構井段時，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：地表沉降監(jiān)測點DB-04-03 變形突增且有加劇發(fā)展趨勢，根據(jù)GB 50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》要求，圍護墻體水平位移監(jiān)測點3#變形超過預警值。

基坑于3 月25 日開挖至第3 道支撐下0.5 m 位置處，3 月26 日地下連續(xù)墻接縫處發(fā)生漏水，進行了簡單的注漿堵漏處理，但3月29日墻體水平位移突然增至53.55 mm，超過30 mm、最大變形速率3 mm/d 的控制值。3 月26 日—3 月29 日地表沉降從3.6 mm 突增至24.1 mm并持續(xù)增加達到56.6 mm，見圖4和見圖5。

圖4 墻體水平位移變化曲線

圖5 地表沉降變化曲線

3 深基坑失穩(wěn)原因和應急處置

3.1 失穩(wěn)原因分析

除測點DB-04-03 和3#變形超限外；3 月26 日—3月29 日，S2-9 支撐軸力由633.62 kN 突增至2 157.41 kN。根據(jù)設計計算書，基坑軸力控制值為1 491 ～1 739.5 kN（60% 承 載力 設計值～70% 承 載 力設 計值），支撐軸力較控制值小，未施加足夠的預加力，基坑圍護結構變形增大，導致軸力超過控制值，原因如下：

1）該處基坑實施時，預加軸力未達到允許設計值即繼續(xù)向下開挖，導致該處地下連續(xù)墻變形增大，致使兩幅墻間接縫漏水；

2）處理漏水過程中向鋼支撐S2-9、S2-10 處地下連續(xù)墻后土體注漿，產(chǎn)生的附加應力導致軸力增大，基坑變形持續(xù)增大。

3.2 應急處置措施

1）在基坑南端第2 道鋼支撐S2-9、S3-10 中間位置增加鋼支撐S3-9-1，作為安全儲備，施加50%設計預加軸力并安裝軸力計監(jiān)測。

2）基坑第3 道鋼支撐S3-9、S3-10 立即架設。施工至4月2日，地下連續(xù)墻變形及地面沉降減緩，地下連續(xù)墻變形控制在54.34 mm 左右，地面沉降控制在55.2 mm 左右。施工結束地下連續(xù)墻變形為54.65 mm，地面沉降為58 mm。

4 深基坑應急處置的優(yōu)化

4.1 數(shù)值模型的建立

為分析補撐措施的有效性，采用數(shù)值模型的建立二維模型?？紤]邊界效應，建立的模型尺寸為120 m×48.6 m，模型底邊界為固定鉸支座，各方向沒有位移，模型上邊界為自由邊界，模型4個側面為滾軸支座，無側面的平面法向位移。土體本構采用Mohr-Coulomb理論，考慮坑內土體受基坑開挖卸載的影響，土層彈性參數(shù)取值以基坑底部為分界線，基坑底部以上土層的彈性參數(shù)取值為實際測量值的3 倍，基坑底部以下土層的彈性參數(shù)取值為實際測量值的5倍。地下連續(xù)墻及支撐采用梁單元模擬。第1道混凝土撐及地下連續(xù)墻的彈性模量取值為30 GPa，泊松比均取0.3。見表1和圖6。

表1 土層的基本物理參數(shù)

圖6 數(shù)值模型

4.2 分析工況

為進一步優(yōu)化補撐措施，分析兩種工況。

1）工況一：基坑開挖至第3 道支撐下0.5 m，見表2。

表2 工況一

2）工況二：補充一道鋼支撐，基坑開挖至基底，見表3。

表3 工況二

4.3 結果分析

工況一地下連續(xù)墻變形呈兩端小中間大的拋物線形，最大變形54 mm，與現(xiàn)場實測值53.55 mm吻合且變形規(guī)律相同，說明該模型接近實際工況。見圖7。

圖7 工況一地下連續(xù)墻變形

工況二地下連續(xù)墻最大變形59 mm。按施工計劃，基坑于4月2日可開挖至坑底，變形速率約為1 mm/d，滿足地下連續(xù)墻變形最大速率3 mm/d的控制要求，表明所采取的應急處置措施可靠、有效。見圖8。

圖8 工況二地下連續(xù)墻變形

5 結論

1）基坑工程中支撐的預加軸力應滿足設計要求，如不滿足，需分析其原因，在未達到設計要求預加軸力時，不能繼續(xù)開挖。

2）地下連續(xù)墻接縫漏水處理建議采用坑內水平注漿堵漏的方式；墻后土體地面豎向注漿會導致該土體產(chǎn)生附加應力，致使支撐軸力繼續(xù)增大，支撐有失穩(wěn)的風險。

3）在基坑施工過程中，應盡量減少無支撐暴露的時間，加快底板澆筑，防止因土體流變而產(chǎn)生過大的位移。

4）數(shù)值分析在處理基坑風險時，可作為風險措施的依據(jù)，對措施的有效性進行預判。