地鐵車站深基坑施工對地面變形特點研究

【摘要】城市地鐵大多修建在周邊建筑較為密集的區域，施工環境較為復雜。南昌市首次進行地鐵建設，無相關經驗，因此選取贛江東岸的中山西路站作為實驗站，在施工的同時結合工程建設，對深基坑施工對地面變形特點以及周邊環境的影響等問題進行分析、研究，既保證了實驗站的順利施工，還為下一步的南昌市地鐵設計、施工積累了相關經驗。

【關鍵詞】地鐵車站；深基坑；地面變形特點

Study on Ground Deformation Characteristics of Deep Foundation Pit Construction in Subway Station

Wang Ze-dong

（China Railway eleventh Bureau Group Fourth Engineering Co，ltdNingbaoZhejiang315100）

【Abstract】Most of the urban subway construction in the surrounding buildings are more intensive areas， the construction environment is more complex. Nanchang City， the first time for subway construction， no relevant experience， so the east coast of Gan River in Zhongshan West Station as an experimental station， in conjunction with the construction of the construction of the deep foundation pit on the ground deformation characteristics and the surrounding environment and other issues ， Research， both to ensure the smooth construction of the experimental station， but also for the next subway Nanchang design， construction has accumulated relevant experience.

【Key words】Subway station；Deep foundation pit；Ground deformation characteristics

1. 引言

隨著城市不斷發展，擁擠的交通既影響了市民的出行，也阻礙了社會經濟的發展。為合理開發城市空間、改善市民出行的條件、減少地面交通的壓力，南昌市的地鐵工程開始進入真正的建設實施階段。軌道交通1 號線是南昌市同時也是江西省的第一條地鐵。地鐵車站深基坑[1～3]開挖施工存在著較大的安全風險，國內外因為深基坑施工出現的質量、安全事故較多。基坑內土體開挖后，在坑外土壓力及水壓力的作用下，圍護結構往往會變形，進而易出現基坑圍護結構滲漏水、涌水、涌砂、坑底隆起等，進而引起坑外地面及建（構）筑物變形[4～6]等，更為甚者釀成基坑失穩坍塌的安全事故。為此，根據南昌市的工程及水文地質情況，并結合國內地鐵深基坑施工情況采用資料篩選及文獻總結法對深基坑施工對地面變形特點、深基坑施工監測的意義、深基坑施工監測方法等進行研究。

2. 工程概況

南昌市軌道交通1號線總體呈由先由東向西向然后轉由南北向，奧體中心站是起點，途經北京東路、北京西路、中山路、中山西路、穿贛江、世茂路、豐和大道，一路向北到下羅的蛟橋站。線路為24.8Km，一共有24座車站。

2.1地形地貌。

（1）施工場地處贛撫沖積平原1級階地，場地西側約200m處為贛江，北側約30m處為撫河支流；東側約280米處為撫河，南側為中山西路詳見圖3.現場場地標高在19～24m之間，總體上呈南高北低，場地南側的中山西路地面標高一般為23～24m，場地北側為居民生活區，場地標高一般為19～24.2m，高差3～5m。

（2）擬建場地及周邊環境較為復雜，場地處在中山西路及居民生活區，居民住房為底層，層數為1～3層，民房之間建有大量的臨時搭建房。車站基坑北側30m左右為撫河，寬為70m左右，兩側均有混凝土擋墻護岸，其在場地的西北端匯入贛江。其北側空地原為撫河一部分，后來由于撫河南岸護堤的修建，后被回填成現狀。填土較厚，一般為4～5m，成份主要為生活垃圾及碎石塊，填土底部夾有0.3～0.5厚的淤泥。場地西北側為南昌市水利局宿舍樓及航務局機修段，層高為3～6層，局部地段原為水塘，后修建住房而回填；基坑西側填土底部有老撫河護堤的塊石、河流防汛墻基礎。南側為藍灣半島花園高檔小區，均為高層建筑，且均帶有地下室。

2.2工程地質構造。

2.2.1擬建場地位于江南臺隆構造單元的萍鄉-樂平臺陷之北側，構造上主要受贛江大斷裂影響。上部為第四系松散層所覆蓋，厚約20.00m左右，基底為巨厚的瀉湖相碎屑巖沉積層。第三系中存在著一些北東向、近南北向和北西向緩傾斜背斜和向斜構造，勘探深度內未見有斷裂構造痕跡。

2.2.2據鉆探揭露及勘探深度內，場地地層上部為人工填土（Qml）、第四系全新統沖積層（Q4al）、下部為第三系新余群（Exn）基巖。按其巖性及其工程特性，自上而下依次劃分為①1雜填土、①2素填土、②1粉質粘土、②2粉土、②3細砂、②3-1礫砂、②5粗砂、②5-1淤泥質粉質粘土、②6礫砂、⑤泥質粉砂巖。

本車站（圖1）在位于西河灘路以東，亨字路以西、中山西路以北，呈東西走向，為地下三層島式站臺車站，地下三層為站臺層、地下二層為設備層、地下一層為站廳層。

2.3水文條件。

2.3.1地表水。

勘察場地范圍內地分區表水主要為贛江及撫河，場地西側約200米處是江西省第一大河流贛江，全長827Km，總流域面積8.3萬Km2。據場地上游6公里處外洲水文站資料，贛江最高洪水位25.5m（1988年，吳淞高程，），最低水位13.50m（2007年），勘察期間水位標高為14.59m（4月26日測）；最大洪峰流量21200 m3/s（1982年6月20日），最枯流量172m3/s，最大流速2.53m/s。

場地北側為撫河支流，在場地西北端300m左右處匯入贛江，往市郊東南隅由青嵐湖匯入鄱陽湖。撫河在南昌境內流域面積200.3Km2，平均年逕流量146億m3。據錢溪閘水文站資料，多年平均最高洪水位20.07m，多年平均最低水位15.38m，勘察期間水位標高為15.10m，河流兩側岸坡均有砼擋墻護岸。

2.3.2地下水。

根據地下水含水空間介質、水動力特征及賦存條件，擬建工程場地地下水類型可分為上層滯水、松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙溶蝕水三種類型。

2.3.3上層滯水。

上層滯水主要賦存于雜填土層之中，主要接受降雨入滲補給、撫河及城區下水管的滲漏補給。水位隨氣候變化大，無連續的水位面。勘察實測地該層地下水的埋深在3.40～4.90m。

2.3.4松散巖類孔隙水。

孔隙水主要賦存于第四系全新統沖積層的砂礫石層中，該層地下水為潛水，地下水位埋深較淺，且含量較為豐富。勘察期間屬平水期，其水位埋深3.90～9.60m，標高14.52～15.21m。地下水位年變幅1～3m，地下水主要接受贛江及撫河地表水體的側向補給，地下水受人為開采影響小，平水季節及枯水季節地下水補給地表水，地下水向贛江、撫河排泄；汛期贛江、撫河水位上漲，地表水體返補給地下水。勘察期間撫河水位標高為15.10m（測量日期4月24日），贛江（八一橋上游）水位標高為14.59m（測量日期4月27日）。

因受巖性變化所致，局部鈣質泥巖、含鈣砂巖層段，其構造節理發育時，多具一定的溶蝕現象，為碎屑巖層中地下水的相對富集地帶，根據區域地質資料，其單井涌水量總體而言相對較大，含水層綜合滲透系數為1～15m/d，單井涌水量多在200～500 m3/d左右，最大可達1500m3/d；已有資料與原有工程經驗均反映，此類構造裂隙溶蝕水富水區的分布與巖性、膠結物和構造發育有關。

3. 地鐵車站深基坑施工對地面變形特點的研究

3.1地鐵車站深基坑變形監測中等精度的特點。

在對地鐵車站深基坑工程監測時，并不要求監測出絕對值，只要監測到相對的變化值就可以，在對深基坑的測量中，要對建筑物在地面進行相對的定位，可得出絕對量的坐標和高程的測量，在進行深基坑圍護結構側壁變形觀測時，僅僅測量深基坑邊壁相對于開挖前的移動即可。

3.2地鐵車站深基坑變形監測中時效性的特點。

在監測地鐵車站深基坑變形時，嚴格要求時間的時效性，在使用變形監測的設備和方法時，在采集數據時要適應不同的天氣條件，無論白天還是夜晚都需要進行整天的操作。

3.3地鐵車站深基坑變形監測中高精度的特點。

在監測地鐵車站深基坑變形時，要用精度相對高的儀器進行監測，監測出來的數據將十分準確，不僅可達到高精度監測的目的，還能夠適應高精度監測的要求。

4. 地鐵車站深基坑施工變形監測的意義、內容和要求

4.1地鐵車站深基坑施工變形監測的意義。

（1）因為地鐵車站深基坑的施工為城市地下施工的內容，它與普通的建筑施工不一樣，在開挖地鐵車站深基坑時會受到地質條件的影響，再由于地鐵車站是人流量相對大和建筑物十分密集的地方，對深基坑開挖中會由于周邊的環境受到限制，這也對周邊的建筑物有較多的影響。所以在對深基坑施工的過程中進行變形監測，可增加全部工程的安全性，除了對地鐵車站的安全性有相關保障，還可以確保地鐵車站工程的質量，對于保證線路和人員以及周圍建筑構筑物、管線等的安全有著非常重要的意義。

（2）對地鐵車站深基坑的工程而言，它是一項較為復雜的工程，不要僅僅依靠以往的施工經驗去施工。由于工程地質及水文地質的復雜性，無法判斷和預測深基坑的變形，一定要嚴格按照開工前編制的《深基坑監測方案》要求的監測項目及頻率進行監測。

4.1.1要掌握變形的大小，依照深基坑監測的數據進行分析，就能夠定量的評定深基坑開挖對周邊建筑物的影響，以便施工單位確定施工的進度。

4.1.2因為在施工中要受到許多環境的影響，而且在深基坑開挖時周圍的建（構）筑物不穩定，對于其變形并無章可循。所以要根據現場變形監測的數據去評定基坑的變形狀況，可以為施工單位確定科學且合理的施工方案提供可靠的依據。

4.1.3因為深基坑的開挖是一項較為復雜的工程，在施工中，施工單位沒有考慮深基坑監測數據的重要性，故會造成安全事故，通過對變形監測的數據進行分析，可以迅速發現安全隱患，并及時采取措施進行處理，消除安全隱患，保證施工安全。

4.2地鐵車站深基坑施工變形監測的內容。

在地鐵車站深基坑開挖的過程中，要關注變形監測的內容。通常的變形有：坑底周圍土體、深基坑外地層、圍護結構的變形或坑底回彈的變形等。所以要針對上述的變形進行監測，這樣才可以保證地鐵車站深基坑施工的安全性以及可靠性。

4.3地鐵車站深基坑變形監測的要求。

4.3.1在進行深基坑變形的監測前，除了編制監測專項方案，制定監測的計劃，還需要按照相關的技術文件去執行，這樣才能夠保證監測數據的準確性以及完整性。在進行監測中，需要使用精度較高的監測儀器，要求工作人員及時對監測儀器進行保養和維修，并確保工作人員在使用監測儀器時可以觀測出準確度高的數據，要提高工作人員的技術水平，可以進一步的確保監測數據的可靠性。因為深基坑的開挖是動態的，所以在監測時，要求及時發現安全隱患，并及時采用措施去預防。

4.3.2對深基坑變形的監測之前，要按照實際工程的現場以及特點設定預警值，當發現大于預警值時，就要采取相關措施去解決。在對深基坑變形監測中，要確保觀測記錄的完整可靠，以及監測的連續性。在地鐵車站深基坑監測時，要按照固定的表格去記錄監測數據，并對記錄進行保存。對于每次的監測得到的數據，要迅速進行反饋，若某個或某幾個數據超過預警值，必須分析原因，并及時解決，以消除隱患。

5. 地鐵車站深基坑施工變形監測的方法

5.1對圍護墻體的變形進行監測。

在圍護墻體的變形中，通常分為垂直和水平兩個方向。水平方向的變形是由于深基坑開挖的深度太深所致，導致墻體內側的土體的支撐力缺乏，但外側的土體中的作用力都在圍護結構上，便導致墻體的變形或傾斜。但這種壓力不均勻的，對緊靠坑體底部位置的壓力十分小，墻體的變形也相對小。所以要加固圍護墻，這即可保證開挖深基坑中的安全，還可以保證周圍建筑物的穩定。

5.2對墻后土體沉降進行監測。

由于工程地質及水文地質較為復雜，在深基坑開挖時，因為土體的流動性較大，地下土體從基坑由外而內的移動，就會導致墻后土體沉降，要使用精度較高的儀器去監測，并對數據進行分析，便可掌握圍護結構的全部變形特征。

5.3對深基坑坑底土體變形進行監測。

基坑開挖后，由于挖去了坑內土體，破壞了坑內土體的原始應力，坑底土體就有可能隆起變形。若基坑開挖較深時，一定要監測圍護結構的內移。在監測坑底土體是否隆起時，通常就是利用精密水準儀監測，此時要在不同的時間對相同的地方進行多次監測，然后分析監測獲取的數據，從而算出實際變形值的大小。

5.4對不同的監測項目進行不同的監測頻率。

為了保證監測數據的真實性以及可靠性，需要對不同的監測項目進行嚴格監測，在發現問題時，要迅速處理，并針對以上三點對不同項目分別進行監測，尤其對監測指標變化較大的項目要提高監測頻率，相反，對監測數據變化不大，或數據相對穩定的項目，其監測頻率可以適當降低。這樣可以有效的保證地鐵車站深基坑施工的安全。

6. 結束語

地鐵車站深基坑施工，對地下的土體和周圍的環境會造成一定的影響，且由于深基坑的施工是動態的，在施工過程中避免不了突發情況，要保證地鐵車站深基坑施工的安全性，除了完整的設計施工圖紙和可靠的施工方案外，還必須要制定詳細的《深基坑監測方案》。除了利用監測儀器，還要把握監測儀器的精準度，在基坑開挖前、開挖過程中直至主體結構施工結束后都必須對深基坑施工進行相關的監測，并保證監測質量，提高監測水平，對在施工過程中出現的問題，要即時采取措施并迅速解決，這樣可以很好的保證深基坑施工的順利進行及施工的安全性。根據工程施工實踐，上述方法值得推廣。

參考文獻

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[作者簡介] 王澤東（1974.12-），男，民族：漢族，籍貫：四川西充，西南交通大學土木工程專業，工作單位：中鐵十一局集團第四工程有限公司；職稱：高級工程師。