基于灰色理論的深基坑變形監測分析

聶建省

摘要：為了能更好控制深基坑開挖過程中周邊環境變形，為城市深基坑施工提供保障，本文在灰色理論基礎上，通過建立深基坑變形預測模型，對大學城地鐵車站進行控制樁水平位移和沉降實時監測。結果表明：灰色理論應用到深基坑變形監測數據分析上是可行的;灰色預測模型能很好的反映深基坑變形監測數據的發展趨勢;水平位移和沉降監測結果反應出來的深基坑周邊變形情況基本一致。

Abstract： In order to better control the surrounding environment deformation during excavation of deep foundation pit and provide guarantee for the construction of deep foundation pit in the city， based on the grey theory， this paper established a deep foundation pit deformation prediction model， and conducts real-time monitoring of the horizontal displacement and settlement of the university city subway station. The results show that： it is feasible to apply the grey theory to the deformation monitoring data of deep foundation pit; the grey prediction model can reflect the development trend of deep foundation pit deformation monitoring data; the deformation of deep foundation pit of horizontal displacement and settlement monitoring results is basically the same.

關鍵詞：灰色理論;基坑;仿真模擬;變形監測

Key words： grey theory;foundation;analogue;deformation monitoring

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）16-0129-03

0? 引言

隨著社會經濟的發展，城市地鐵建設突飛猛進，地鐵站深基坑的規模也隨之不斷擴大。那么，在城市中開挖較大規模的深基坑勢必會對周邊環境造成巨大影響，并有可能在深基坑開挖施工過程中引起工程事故。所以，為了減少事故的發生，需進一步對深基坑開挖過程中周邊環境變化趨勢深入研究。

在深基坑開挖過程中需對基坑壁進行有效的支護，支護效果的好壞可通過對基坑周邊環境控制點進行實時監測，其監測的主要方面是地表控制點沉降和移動情況，為了對實時監測數據進行有效的分析，本文通過灰色理論模型對監測數據的變化趨勢進行了預測，并對實際監測數據進行有效分析，得到了較好的結果。

1? 灰色理論

灰色理論是對離散原始數據進行處理來尋求變化規律的，主要有累加生成法。累加生成法是通過數據列間各時刻數據的依次累加得到新的數據和數列。累加之前的數列稱作原始數列，累加后的數列則稱作生成數列。若有原始數據列x（0）（i），i∈N，多次累加后獲得生成數列x（ξ）（i），i∈N，則累加生成的基本關系式為：

生成后的數據列x（ξ）（i），i∈N，一般表現出較強的規律性。若有原始數據列（1，2，1.5，3）的圖形，表現出來毫無規律。如果把它們依次累加，得累加數列（1，3，4.5，7.5），其曲線表現出較強的規律性，如圖1所示。

而指數函數是隨著時間的增加急劇增長的，在基坑發生不穩定情況下能很好的反映深基坑變形的發展情況，將式（2）中參數取如下值：a=0.6，c=0，b=0.20、0.25、0.30，則變形發展態勢如圖2所示。

從圖2中可以看出，隨著k值的增加，變形值隨之增大，當控制參數a為一定值時，變形值的大小隨著b值的增加而增大。從圖中可以看出基坑變形速度的快慢可從b值的大小來體現，b值越大指數增長速度越快，b值越小增長速度越慢。灰色預測模型應用到深基坑開挖變形中能很好的反映深基坑在開挖過程中周邊環境變形發展趨勢，為有效采取防治措施提供有力的依據。

2? 工程概況

西安地鐵臨潼市域線大學城站地處于陜鼓大道與芷陽路十字路口，沿城市主干道秦唐大道設置，呈東西走向。車站緊鄰西安工程大學和西安科技大學兩所高校，距離建筑物較遠。車站施工范圍內管線埋深較淺，無控制性管線。大學城車站采用二層雙柱三跨結構，站臺采用島式，最大埋深為18m，頂部覆土3.0m左右。車站設計起點里程為YDK18+181.279～YDK18+420.779，有效站臺中心里程為YDK18+260.479m，有效站臺中心軌面高程為421.479，車站長度為239.5m。

3? 動態施工監測結果

在深基坑開挖前需要對基坑周邊環境變形區內建立控制點及控制樁結構，如圖3為深基坑施工變形監測控制樁。對控制樁的監測主要是樁頂水平移動和樁頂沉降情況。

由圖4監測變化數據分析，測點水平位移-時間曲線可以看出，深基坑施工坑頂水平位移變化有如下特點：①各測點的監測值隨時間的增長而逐步增大，且中間測點的水平位移值明顯大于角點水平位移值;②各測點的水平位移值隨時間的增長漸趨于穩定;③由于施工工程中各工序的影響，使得各測點水平位移呈現無序性，從總體上分析具有一定的規律性。

通過對SP1、SP2、SP3三個具有代表性的控制樁頂沉降位移進行監測，可得樁頂沉降位移監測數據變化趨勢圖，如圖5所示。

由圖5樁頂沉降監測變化數據分析，可得坑頂沉降值變化具有以下特點：①監測初期，測點沉降量較小，緩步發展、波動不大，比較穩定;②多數測點的沉降值小于10mm，可見基坑的沉降變形比較穩定;③深基坑樁頂監測點沉降量隨時間的推移逐步增大，且各位移點的變化幅度基本一致;④與水平位移相比較，測點沉降變形更為明顯;⑤沉降值的大小與基坑周邊堆載、重型機械震動、碾壓擾動的大小密切相關，SP1、SP2號測點沉降值較大，說明基坑周邊的附加荷載對基坑頂部的變形影響很敏感;SP1號測點的沉降值超出警戒值，這與水平位移反映出來的情況基本一致，說明超挖、錨固效果及基坑周圍土體土質對基坑頂部變形影響很大。

4? 結論

①深基坑坑頂水平和沉降位移變形值逐漸增大，最后趨于穩定;坑頂沉降大小受基坑深度、坑頂堆載及其他擾動較大，采取較好的錨固支護能很好減小坑頂沉降。

②通過對控制樁水平和沉降監測數據分析，可以看出沉降位移變化趨勢和水平位移變化趨勢反映出來的情況基本一致。

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