【摘 要】針對城市地鐵深基坑工程事故易發(fā)的現(xiàn)狀，結合天津地鐵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)對基坑的圍護體結構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：圍護結構隨著支撐的架設，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，有利于控制圍護結構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，為地下二層側式站臺車站。車站主體采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結構形式，圍護結構采用800mm 厚地下連續(xù)墻圍護結構。標準段基坑開挖深度約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，結構松散，密實程度差。本車站主體結構基底位于(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。勘測期間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。居民樓基礎為條形基礎，埋深為1.5m，結構為磚混結構，結構形式及基礎形式均較差。車站南側為地礦大廈和市政設計院。地礦大廈距離基坑9.8m，五層磚混結構，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，滿足相關規(guī)范要求。市政設計院距基坑約18m，基礎形式為條形基礎，基礎埋深2.2m，基本滿足地基承載力的要求，但基礎砌筑砂漿出現(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 圍護結構

    圍護結構采用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，設置五道支撐，第1道為混凝土支撐，其余為鋼支撐；標準段基坑開挖深度為17.3m，地連墻深35.5m，設置五道支撐，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)測技術規(guī)范(GB50497-2009)》和基坑設計施工說明相關規(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) 圍護體鋼筋應力監(jiān)測：鋼筋應力計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)設計要求及相關規(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) 主體結構完成后：各項目七天觀測1次。

    若遇險情應隨時增加監(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)不受溫度影響應定時對監(jiān)測項目進行監(jiān)測，時間設為上午8～11am和下午2～5pm。

4  監(jiān)測結果與分析

    基坑的開挖過程^[5]是基坑開挖側土體卸荷的過程，由于卸荷而引起坑內(nèi)外土體原始應力狀態(tài)的改變，作用在支護結構上的土壓力使支護結構產(chǎn)生向基坑內(nèi)的移動，即支護結構水平位移，同時坑外土體產(chǎn)生側向滑移，引起地表開裂及垂直變形。其中維護結構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)測的關鍵指標。

    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)域集中選取相關測試項目的原則，以達到數(shù)據(jù)反映測試結果的目的。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?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，應該減小無支撐暴露的時間，及時架設鋼支撐并施加適當?shù)念A應力�；�坑開挖至基底后，隨著鋼支撐的全部架設，圍護結構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，它有反復變化的現(xiàn)象。由于同一層其他鋼支撐的預壓及土體的回彈，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，應對設計方案進行優(yōu)化。

5  結論

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

    (1) 在基坑開挖到一定深度而未架設支撐時，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，應盡量減少基坑開挖暴露時間，嚴格按設計方案開挖及架設內(nèi)支撐。

    (2) 在基坑開挖過程中，基坑深度在到達鋼支撐設計位置而未及時安裝時，圍護結構鋼支撐內(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構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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