【摘 要】針對城市地鐵深基坑工程事故易發(fā)的現(xiàn)狀，結(jié)合天津地鐵3號線昆明路站深基坑監(jiān)測方案，通過大量實測數(shù)據(jù)對基坑的圍護體結(jié)構(gòu)定向位移和支撐軸力進行了研究，分析墻體變形及鋼支撐軸力變化的原因。通過監(jiān)測分析表明：圍護結(jié)構(gòu)隨著支撐的架設(shè)，水平位移部位下移；鋼支撐內(nèi)力變化不是單調(diào)遞增，呈現(xiàn)反復(fù)變化的現(xiàn)象，底板澆注完成后，基坑變形趨于穩(wěn)定。昆明路站基坑工程的現(xiàn)場施工監(jiān)測是安全施工的重要保證，可為類似城市地下工程的安全施工提供有益的借鑒和參考。

    【關(guān)鍵詞】地鐵；深基坑；支撐；監(jiān)測

1  研究背景

    隨著城市的發(fā)展，城市人口極度膨脹，交通環(huán)境日益惡化，修建城市地鐵是緩解路面交通擁擠現(xiàn)狀，改善城市交通狀況的重要途徑。地鐵工程的建設(shè)首先面臨的是地鐵車站深基坑工程的開挖^[1]。在基坑工程施工過程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，地下管線密集，地鐵工程周邊建筑物、道路眾多等自然或者外部環(huán)境等，基坑工程的風(fēng)險性通常較大，因此極易發(fā)生基坑事故^[2]。因此地鐵深基坑開挖的過程中，對基坑施工期間基坑(及支護體)變形和其影響范圍內(nèi)的環(huán)境變形、被保護對象以及其它與施工項目有關(guān)的內(nèi)容進行監(jiān)測，以便及時全面地反映基坑圍護體的變化情況，是判斷基坑安全和環(huán)境安全的主要依據(jù)^[3]。本文通過對天津地鐵3號線昆明路站基坑圍護體定向位移和支撐軸力的實測數(shù)據(jù)分析，研究其變形規(guī)律，有利于控制圍護結(jié)構(gòu)的變形及其周圍建筑和地下管線的安全，從而達到避免重大事故發(fā)生目的。

2  項目概況

2.1 設(shè)計概況

    天津地鐵3號線昆明路站位于營口道的路面下，與昆明路斜交，車站沿營口道東西走向。昆明路站設(shè)計車站起點里程DK11+57.5，車站終點里程DK11+368.5，昆明路站及站后停車場全長311m。車站主體最寬為33m，為地下二層側(cè)式站臺車站。車站主體采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)形式，圍護結(jié)構(gòu)采用800mm 厚地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約17.3m，地連墻深35～36.5m，控制周邊地面最大沉降量≤0.1%H，地下連續(xù)墻最大水平位移≤0.14% H(H為基坑開挖深度)，且不大于30mm。明挖順作法施工。

2.2 地質(zhì)水概況

    根據(jù)圖紙及地質(zhì)報告提供的資料，站區(qū)地表普遍分布第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q^m1)，巖性為雜填土，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散，密實程度差。本車站主體結(jié)構(gòu)基底位于(⑥₁)粉質(zhì)粘土�；�坑開挖范圍內(nèi)土體主要為填土、粘性土、粉土及淤泥質(zhì)土，土質(zhì)松軟，直立性差。

    本場地內(nèi)表層地下水類型為第四系孔隙潛水，其地下水位埋深較淺，勘測期間水位埋深1.3～2.1m(高程－0.3～0.4m)，賦存于第Ⅱ陸相層及以下粉砂及粉土中的地下水具有微承壓性，為微承壓水。微承壓水以⑤₁粉質(zhì)粘土⑥₁粉質(zhì)粘土為隔水頂板，⑥₂、⑥₄、⑦₂為主要含水層，該層微承壓水接受上層潛水補給，以地下徑流方式排泄，同時以滲透方式補給深層地下水。其頂板最淺埋深為18.20m�？睖y期間22.35～24.35m 層微承壓水穩(wěn)定水位埋深約為2.5m。

2.3 周圍環(huán)境

    天津地鐵3號線昆明路站北側(cè)包括迎新里、競業(yè)里、天興樓共九棟居民樓，最近處距基坑僅5.9m，最遠處為11.4m。居民樓基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，埋深為1.5m，結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式及基礎(chǔ)形式均較差。車站南側(cè)為地礦大廈和市政設(shè)計院。地礦大廈距離基坑9.8m，五層磚混結(jié)構(gòu)，局部六層；地礦大廈砌筑砂漿出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，現(xiàn)狀安全系數(shù)較小，滿足相關(guān)規(guī)范要求。市政設(shè)計院距基坑約18m，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深2.2m，基本滿足地基承載力的要求，但基礎(chǔ)砌筑砂漿出現(xiàn)了不同程度的粉化現(xiàn)象，安全儲備小。車站范圍內(nèi)的地下管線，主要有天然氣、電訊、排水管及電力等管線。

3  圍護及監(jiān)測方案

3.1 圍護結(jié)構(gòu)

    圍護結(jié)構(gòu)采用800mm 厚地下連續(xù)墻，明挖順作法施工。西端頭井基坑開挖深度約19.2m，地連墻深36.5m，設(shè)置五道支撐，第1道為混凝土支撐，其余為鋼支撐；東端頭井基坑開挖深度為18.6m，地連墻深35.5m，設(shè)置五道支撐，第1道為混凝土支撐，其余為鋼支撐；標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度為17.3m，地連墻深35.5m，設(shè)置五道支撐，第1道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。

3.2 監(jiān)測內(nèi)容

    對基坑施工期間基坑(及支護體)變形和其影響范圍內(nèi)的環(huán)境變形、被保護對象以及其它與施工項目有關(guān)的內(nèi)容進行監(jiān)測，以便及時全面地反映基坑圍護體的變化情況，實現(xiàn)基坑圍護主體工程的信息化施工。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使用提供實時數(shù)據(jù)，為優(yōu)化施工方案提供依據(jù)，同時積累區(qū)域性設(shè)計、施工、監(jiān)測的經(jīng)驗。因此，根據(jù)昆明路站基坑的實際工程情況及《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(GB50497-2009)》和基坑設(shè)計施工說明相關(guān)規(guī)定，需進行以下項目^[4]的監(jiān)測，具體監(jiān)測布置圖如圖1所示。

    (1) 墻頂水平位移、沉降監(jiān)測：測釘49個；

    (2) 圍護體定向水平位移監(jiān)測(測斜)：測斜管18根；

    (3) 鋼支撐軸力監(jiān)測：15個斷面，每個斷面五個(端頭井處增加3個)，軸力計共78個；

    (4) 地下水位監(jiān)測：觀測井11口，微井承壓六口；

    (5) 地下孔隙水壓力、土壓力監(jiān)測：水壓力和土壓力計共24個；

    (6) 基坑周圍地表沉降監(jiān)測：圓頭測釘約110個；

    (7) 基坑隆起監(jiān)測：回彈管39根；

    (8) 基坑地表沉降變形監(jiān)測：鼓形測釘約160個；

    (9) 基坑周圍地下管線沉降變形監(jiān)測：鋼筋管線50個；

    (10) 圍護體鋼筋應(yīng)力監(jiān)測：鋼筋應(yīng)力計80個；

    (11) 分層沉降監(jiān)測：分層沉降管六個。

3.3 監(jiān)測頻率

    根據(jù)設(shè)計要求及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，昆明路站基坑的安全等級為一級。各項目的監(jiān)測頻率規(guī)定如下：

    (1) 基坑開挖1～7天：每隔12小時觀測1次；

    (2) 基坑開挖7天后：各項目一天觀測1次；

    (3) 主體施工中：各項目二天觀測1次；

    (4) 主體結(jié)構(gòu)完成后：各項目七天觀測1次。

    若遇險情應(yīng)隨時增加監(jiān)測頻率，待主體施工完成趨于穩(wěn)定后停止觀測。同時為保障監(jiān)測數(shù)據(jù)不受溫度影響應(yīng)定時對監(jiān)測項目進行監(jiān)測，時間設(shè)為上午8～11am和下午2～5pm。

4  監(jiān)測結(jié)果與分析

    基坑的開挖過程^[5]是基坑開挖側(cè)土體卸荷的過程，由于卸荷而引起坑內(nèi)外土體原始應(yīng)力狀態(tài)的改變，作用在支護結(jié)構(gòu)上的土壓力使支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向基坑內(nèi)的移動，即支護結(jié)構(gòu)水平位移，同時坑外土體產(chǎn)生側(cè)向滑移，引起地表開裂及垂直變形。其中維護結(jié)構(gòu)水平位移以及支撐軸力的變化是基坑工程變形信息化監(jiān)測的關(guān)鍵指標(biāo)。

    為減少人為的錯誤、保證監(jiān)測數(shù)據(jù)合理、正確，數(shù)據(jù)在現(xiàn)場采用計算機記錄，數(shù)據(jù)自動傳輸。由于篇幅所限，本文為了反映昆明路站整個基坑在施工過程中的變形監(jiān)測情況，采取區(qū)域集中選取相關(guān)測試項目的原則，以達到數(shù)據(jù)反映測試結(jié)果的目的。從昆明路站基坑工程實際監(jiān)測數(shù)據(jù)出發(fā)，將選取圍護體定向位移和支撐軸力為研究對象，分析基坑開挖過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)，預(yù)測基坑變形情況，具體監(jiān)測點如圖2所示。

    圖2中CX10是監(jiān)測支撐軸力的軸力計監(jiān)測點；F250328、F250306 和F200360是監(jiān)測圍護體定向位移(測斜)的測斜管監(jiān)測點。

4.1 圍護體定向位移(測斜)

    圖3所示為昆明路站基坑第7段開挖后測斜點CX10在不同開挖時刻變形沿深度分布曲線。

    由圖可知，2010年7月初，當(dāng)?shù)?段基坑開挖較淺，如在5m以下時，在基坑頂部混凝土支撐的作用下，基坑頂部變形較小，曲線變形較平穩(wěn)。7月11日至8月初，隨著基坑的繼續(xù)開挖深度加深，地下連續(xù)墻墻體所承受的側(cè)向土壓力隨之增大，地下連續(xù)墻水平位移迅速增大，但增大的幅度并不大。此時CX10測斜孔水平位移形狀變逐漸變?yōu)楣�形，且已�?jīng)超過報警值24mm。其原因是本段開挖完成，屬于正常變形。因此，在基坑施工過程中，應(yīng)該減小無支撐暴露的時間，及時架設(shè)鋼支撐并施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力。基坑開挖至基底后，隨著鋼支撐的全部架設(shè)，圍護結(jié)構(gòu)的水平累計逐漸趨于平穩(wěn)，下降到正常水平。這表明支撐及基礎(chǔ)底板所組成的支護體系能較好地完成基坑圍護工作。

4.2 支撐軸力

    在第7段基坑開挖過程中，對與CX10在同一斷面上的鋼支撐軸力計進行監(jiān)測，分別為F250306、F250328和F200360，數(shù)據(jù)如圖4所示。

    由圖4分析可知，基坑施工過程中，鋼支撐的軸力并不是單調(diào)遞增的，它有反復(fù)變化的現(xiàn)象。由于同一層其他鋼支撐的預(yù)壓及土體的回彈，鋼支撐內(nèi)力均經(jīng)歷了快速增加，然后逐漸減小的過程，隨后在基坑開挖到坑底時達到其最大值，在坑底澆注完底板后無較大變化。鋼支撐軸力均未達到軸力設(shè)計值，表明鋼支撐是安全的，同時說明鋼支撐軸力還有比較大的空間可以利用，應(yīng)對設(shè)計方案進行優(yōu)化。

5  結(jié)論

    以天津地鐵3號線昆明路站深基坑為例，其基坑圍護結(jié)構(gòu)為在地下連續(xù)墻，對基坑圍護結(jié)構(gòu)水平位移、鋼支撐軸力變化規(guī)律進行的現(xiàn)場監(jiān)測，并對結(jié)果進行了初步分析，主要結(jié)論包括：

    (1) 在基坑開挖到一定深度而未架設(shè)支撐時，地下連續(xù)墻呈向坑內(nèi)變形的前傾型曲線，地下連續(xù)墻墻頂水平位移在混凝土支撐的作用下較小，但隨著基坑的開挖和鋼支撐的施加，最大水平位移發(fā)生的部位也隨之下移，說明鋼支撐可以大大限制了地下連續(xù)墻的水平位移，因此，應(yīng)盡量減少基坑開挖暴露時間，嚴格按設(shè)計方案開挖及架設(shè)內(nèi)支撐。

    (2) 在基坑開挖過程中，基坑深度在到達鋼支撐設(shè)計位置而未及時安裝時，圍護結(jié)構(gòu)鋼支撐內(nèi)力變化隨基坑開挖深度增加而增加，但并不是單調(diào)遞增，有反復(fù)變化的現(xiàn)象；隨著鋼支撐的安裝及基底澆注完底板后，基坑變形不再發(fā)展，變形趨于穩(wěn)定。

    (3) 在基坑開挖過程中對基坑圍護結(jié)構(gòu)水平位移及鋼支撐內(nèi)力進行同步監(jiān)測是基坑開挖實現(xiàn)信息化施工的關(guān)鍵。通過對天津地鐵3號線昆明路站基坑工程的現(xiàn)場監(jiān)測，可知基坑開挖過程中的施工監(jiān)測及信息化施工是基坑安全的重要保證，建立完善的、成效顯著的信息化施工監(jiān)控體系至關(guān)重要，同時可以為類似城市地下工程的安全施工提供了有益的借鑒和參考。(陳偉珂 李金玲 張東濤)

參考文獻：

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