成都地鐵駟馬橋站深基坑變形特征研究

李 紅 娜

(中鐵隧道集團有限公司勘測設計研究院，河南 洛陽 471009)

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成都地鐵駟馬橋站深基坑變形特征研究

李 紅 娜

(中鐵隧道集團有限公司勘測設計研究院，河南 洛陽 471009)

結合成都地鐵3號線駟馬橋站工程實例，采用數值模擬法研究了基坑開挖過程對地表沉降及周邊土體水平位移的影響，并將現場實測數據與數值模擬數據作了對比，指出兩者相互驗證，為基坑施工提供了依據。

深基坑，數值模擬，現場監測，變形分析

0 引言

隨著城市地鐵的快速發展，基坑是越挖越深，成都地鐵車站基坑基本上都是20 m以上的深度。基坑深度的加大無形中加大了施工的難度，而且深基坑的復雜性及綜合性幾乎涉及到了巖土工程多個方面學科。地鐵車站基坑工程一般位于市中心區域，一般為明挖法，周圍建筑物密集，這對基坑的變形控制及保證周邊建筑物的穩定性都提出了極高的要求。如果施工方法不當、支護不及時合理，周邊土體會因此失穩、開裂、傾斜，情況嚴重時，甚至會發生倒塌，因此，研究地鐵車站基坑的變形特征具有十分重要的意義。

邁達斯軟件是將通用的有限元分析和土木結構的專業性要求有機結合而開發的巖土和隧道結構有限元分析軟件，能夠提供完整的三維動態模擬功能。邁達斯適用于地基承載力與變形分析，進行不同施工階段不同圍巖類別支護結構的內力分析，驗證結構安全系數是否滿足相應設計規范標準，定量表征基坑開挖對周邊的影響，同時通過模擬驗算分析，提出更為合理的支護參數，指導現場的設計施工。

成都地鐵駟馬橋站是成都的重點工程，被稱為成都市風險最大工程之一。工程采用明挖法施工，周邊環境復雜。對于地面沉降要求嚴格，因此很有必要在基坑開挖過程中對地面沉降進行細致分析，采用相應的施工方法和技術措施加以控制，保證基坑開挖安全。

1 工程概況

駟馬橋站是地鐵3號線一期工程的一個中間站，也是3號線、7號線的一個換乘車站。3號線車站主體位于解放路一段與駟馬橋路交叉路口以東，橫跨駟馬橋路。

基坑長139.2 m，寬22.7 m，深25.15 m。采用明挖法施工。主體開挖到完成時間為2012年4月～2013年10月。

2 基坑開挖變形監測

造成地表沉降的主要原因是基坑開挖過程中產生的地層損失引起地層移動。施工過程中如果出土速度過快，支護跟不上，開挖面土體則可能出現松動和崩塌，破壞了原來地層應力平衡狀態，導致地層沉降或隆起。我們通過對地表沉降的監控量測，確保了基坑的安全開挖。

基坑監測范圍：周邊30 m范圍內的地表及道路沉降、地下管線沉降、地面建筑物下沉及傾斜，以及圍巖/結構徑向壓力、圍護結構鋼筋內力、鋼支撐軸力、地下水位、土體深層垂直位移、地層及結構、孔隙水壓力、錨索應力和基坑土壓力等。

通過監測了解支護結構及周邊建(構)筑物的變形及受力狀況，掌握施工過程中工程自身結構所處的安全狀態，并對其安全穩定性進行評價，并在整個施工過程中杜絕重大傷亡事故。具體情況見表1。

表1 駟馬橋站基坑具體監測項目、儀器設備、允許標準值、監測頻率

3 三維數值模型的建立

模型長200 m，寬65 m，深45 m。本文采用摩爾—庫侖模型，支護結構采用線彈性模型。具體見圖1，圖2。

土層各項參數見表2，鋼支撐及混凝土物理力學參數如表3所示。

4 基坑開挖過程模擬

本次施工過程模擬，結合具體開挖及鋼支撐施作過程，將開挖過程分為7步模擬：

工況一：生成挖前初始應力場，在自重應力作用下達到初始應力平衡狀態，引起的位移場歸零。

工況二：生成圍護樁結構。

工況三：開挖第一層土體至開挖面6 m，設置第一道支撐2 m。

工況四：開挖第二層土體至開挖面12 m，設置第二道支撐8 m。

工況五：開挖第三層土體至開挖面18 m，設置第三道支撐14 m。

工況六：開挖第四層土體至開挖面24 m，設置第四道支撐20 m。

工況七：開挖第五層土體至開挖面25.14 m。

表2 土層各項參數

表3 鋼支撐及混凝土物理力學參數

5 數值模擬結果與監測結果對比分析

5.1 數值模擬結果

數據模擬結果見圖3。

對基坑開挖數值模擬結果進行分析總結如下：

1)由圖3可知，支護參數較好，由開挖引起的沉降較小。

2)樁的水平位移最大在-15 m。

3)隨著開挖深度的增加，沉降位移隨之增大。

4)及時架設鋼支撐，沉降明顯減少，可以有效控制位移變化。

5.2 實際監測結果

我們將基坑開挖監測分為：初測、開挖至5 m(架設第一道鋼支撐)、開挖至10 m(架設第二道鋼支撐)、開挖至15 m(架設第三道鋼支撐)、開挖至25.14 m(架設第四道鋼支撐)。

由圖4中看出基坑開挖測斜水平位移大小在-15 mm～35 mm之間，個別點超過控制標準30 mm。

由圖5中看出基坑開挖地表位移大小在0 mm～32 mm之間，個別點超過控制標準30 mm。

對以上實測監測數據和沉降曲線分析得出：

1)基坑開挖時沉降控制總體較好，小于控制標準-30 mm。不同地質情況對地表沉降影響不是很大。

2)個別沉降點大于-30 mm時，通過及時架設鋼支撐，沉降得到有效控制。

3)沉降的最大階段發生在基坑開挖完成時。

5.3 數值模擬與監測結果分析

本文用摩爾—庫侖模型模擬土體，根據現場實際施工情況模擬數值計算，分析得出基坑施工過程中基坑圍護結構水平位移的變化規律和周邊地表沉降規律。

監測點XC2測斜水平位移(mm)，實際監測變形最大值為35.54 mm，而數值模擬是26.30 mm，從結果來看，各階段樁身水平位移最大值出現在埋深14 m～16 m處，樁身的水平位移曲線成“弓形”狀，即先增后減，最后趨于穩定。在土方開挖深度相同的情況下，施作鋼支撐后，限制了圍護樁進一步向基坑內發展，有利于提高基坑的穩定性，圍護結構滿足安全要求。

XC2附近地表實際監測位移變形31.7 mm，而數值模擬是27.47 mm。隨著基坑施工開挖進行，基坑旁邊地表沉降值明顯增大，第一道支撐的施作對地表沉降有明顯的控制作用，但隨著施工的進展，沉降值逐漸增大，深度達到25 m后，地表沉降趨于穩定。基坑開挖過程中地表沉降滿足安全控制要求。

6 結語

本文通過對該基坑工程的分析結果表明，由于基坑工程自身的復雜性(復雜的土的應力路徑、開挖過程、三維時空效應等等)很多因素都難以在計算中完全考慮，因此計算結果不可能完全符合。但總體上看，計算結果與實際結果符合，因此數值分析工具可以作為工程設計的輔助手段，結果可以作為輔助依據。

成都地鐵駟馬橋站在繁華城區內采用明挖法施工，通過科學化、標準化、信息化施工最大限度的減小了對周邊環境的影響，順利通過了風險源。

Research on deep foundation pit deformation characteristics of Simaqiao station of Chengdu subway

Li Hongna

(SurveyandDesignInstitute,ChinaRailwayTunnelGroupLimitedCompany,Luoyang471009,China)

Combining with the engineering example of Simaqiao station line 3 of Chengdu subway, this paper used the numerical simulation researched the influence of foundation pit excavation process to surface subsidence and horizontal displacement of surrounding soil, and compared the field measured data and numerical simulation, pointed out their mutual authentication provided basis for foundation pit construction.

deep foundation pit, numerical simulation, field monitoring, deformation analysis

1009-6825(2016)31-0074-03

2016-08-28

李紅娜(1983- )，女，工程師

TU463

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