［摘 要］ 以某地鐵車站深基坑工程為研究背景，介紹了該工程周邊環(huán)境、結構型式及擬建場區(qū)的地質條件; 根據該工程特點將該工程分為四個典型工況，并根據各個工況結束時測得的基坑周圍土體沉降結果，分析了該基坑在開挖過程中土體沉降規(guī)律; 通過建立三維模型對基坑開挖過程中周圍土體沉降情況進行了數值模擬，并將計算結果與實測結果進行對比分析，最終得到基坑開挖過程中周圍土體沉降規(guī)律及影響范圍。本文的研究成果可作為深基坑設計與制定施工方案的科學依據。

［關鍵詞］ 地鐵車站; 深基坑; 地表沉降; 數值分析; 監(jiān)測

 

      某地鐵換乘站位于十字路口處，基坑兩側規(guī)劃道路寬均為 50m，車站共三層，車站全長 194. 8m，標準段寬度為 22. 7m，基坑圍護結構平面布置如圖 1所示。車站結構采用鋼筋混凝土箱型框架結構，車站頂板埋深 3m，底板埋深 16m，主體結構采用 C40的 S10 防水混凝土，外包全封閉防水墻形式，車站基坑變形控制為特級。本站基坑圍護結構為鉆孔灌注樁，標準段設三道水平支撐，節(jié)點段設四道支撐，主體結構采用明挖順做法施工，標準段基坑開挖深度為 16. 11m，節(jié)點段開挖深度為 22. 61m。

      根據現場地質勘察結果，在基坑開挖深度及影響范圍內，主要地基土的組成自上而下為: 全新統(tǒng)人工填土、上更新統(tǒng)風積新黃土及殘積古土壤、再下為沖積粉質黏土、粉土、細砂、中砂及粗砂等，擬建場地各主要土層分布及力學指標見表 1。

      基坑的開挖導致地表沉降主要是由于以下兩方面的原因: 一是圍護結構墻體的變形引起土體向坑內移動，導致圍護結構墻后地表和土層的沉降和位移; 二是由于基坑降水導致周圍土體空隙水壓力的消失，從而土體有效應力增加，導致土體被壓縮沉降�；�坑開挖引起圍護結構后相當范圍內地表沉降是基坑工程對周圍環(huán)境的主要危害之一。為確保該基坑工程的施工安全，應進行必要的監(jiān)測工作，根據監(jiān)測數據，及時調整開挖速度及位置，防止因地表沉降過大導致建筑物破壞，因此，需在典型位置設置地表沉降監(jiān)測點，以研究該基坑施工過程中地表沉降規(guī)律，監(jiān)測點布置如圖 2 所示。

      本文將基坑開挖分為四個主要工況，即: 工況1: 挖第 1 層土并撐第 1 道支撐; 工況 2: 挖第 2 層土并撐第 2 道支撐; 工況 3: 挖第 3 層土并撐第 3 道支撐; 工況 4: 挖第 4 層土并撐第 4 道支撐。對四個工況的有關數據進行監(jiān)測與計算分析。

      為研究在基坑周圍地表沉降變化規(guī)律，特選擇了四個斷面研究基坑外地面隨基坑開挖所發(fā)生的地表沉 降，其中斷面 1 包 括: D1、D2、D3、D10、D11、D12; 斷面 2 包括: D28、D29、D30、D39、D40、D41; 斷面 3 包括: D22 、D23、D24、D60、D61、D62; 斷面 4 包括: D33、D34、D35、D45、D46、D47，具體位置見圖 2。各斷面土體沉降曲線如圖 3 ～ 6 所示。

      從圖 3 ～ 6 中可以看出: 基坑在開挖過程中，地表最大沉降發(fā)生在距基坑坑壁為 8m 左右的位置上，其沉降形狀類似于勺形，沉降量不大。隨著開挖的進行，地表的豎向沉降開始增大。隨著監(jiān)測點與基坑距離不斷地增加，沉降趨勢逐漸變小，基坑開挖過程中，周圍地表豎向沉降沿坑壁水平方向呈曲線分布，距基坑坑壁一定距離的范圍內沉降最大，隨后沿遠離坑壁方向逐漸減小，距離坑壁越遠變化幅度越小，最終逐漸穩(wěn)定，每開挖一步，坑后地表都有一定量的沉降的增加，每步形成的沉降分布曲線形狀相似。基坑開挖影響范圍大于 25m，因此在施工場地周圍如有重要建筑物，應做好監(jiān)測工作。

 

      本文采用強度折減有限元法，運用大型有限元軟件，根據表 1 中各個土層參數，建立有限元模型，模型及典型工況土體沉降云圖如圖 7 ～ 8 所示。在計算過程中，僅計算工況 1 ～ 4 完成后土體沉降值。土體開挖水平影響范圍取大于 3 倍基坑寬度，分別沿基坑邊緣擴展 60m，影響深度取 3 倍基坑開挖深度，起基坑底向下擴展 50m。

      為探討數值計算結果的正確性，分別提取模型中斷面 1、2、3、4 所在位置在基坑開挖過程中各工況土體沉降曲線加以分析，如圖 9。

      從圖 9 可以看出，通過數值計算得到的地表沉降有以下幾個特點:

      ( 1) 隨著施工進展，基坑周圍地表沉降值不斷增大，離基坑邊距離不同，沉降值也不相同;

      ( 2) 基坑周圍地表沉降整體變形性狀呈拋物線形;

      ( 3) 隨著施工進展，開挖對地表沉降的影響范圍逐步增大，距離坑邊基坑開挖深度 1 ～ 1. 5 倍都受到影響。其中最大沉降位置一般在距離坑邊圍護樁5 ～ 15m;

      ( 4) 計算結果最大地表沉降為約 6mrn，滿足基坑設計和監(jiān)測關于地面最大沉降的控制要求。

      對比計算結果和實測可以看出，采用數值計算的方法能夠得到基坑周圍地表沉降的基本變化趨勢和大致的影響范圍，此數值計算可以作為基坑施工過程中，基坑變形分析的有效手段之一。