地鐵車站深基坑支撐軸力監測與分析

熊思嘉

摘 要：基坑的穩定性對于地鐵工程的順利完成起著至關重要的作用，而基坑穩定性主要取決于內支撐的變化情況。支撐軸力的變化趨勢直觀地反映了基坑土壓力的變化，而基坑土壓力的變化則直接影響內支撐體系的穩定，因此研究支撐軸力的變化規律是分析基坑穩定性中不可或缺的一步。本文以廈門市地鐵三號線創業橋站支撐軸力監測數據為基礎，分析地鐵深基坑在開挖過程中支撐軸力的動態變化趨勢，得出基坑支撐軸力變化規律，為后續地鐵深基坑優化設計和安全施工提供可靠依據。

關鍵詞：深基坑；支撐；監測；數據分析

Abstract：The stability of the foundation pit plays a crucial role in the smooth completion of the subway project，and the stability of the foundation pit mainly depends on the variation of the internal support.The axial force alteration of the support visually reflects the change of the earth pressure of the foundation pit，and the change of the earth pressure of the foundation pit directly affects the stability of the internal support system.Therefore，studying the axial force alteration of the support is of necessary step for analyzing the stability of the foundation pit.Based on the monitoring data of steel support axial force of the Chuangye Bridge Station which belongs Xiamen Metro Line 3，this paper analyzes the dynamic trend of the support axial force during the excavation of subway deep foundation pit，，and obtains the variation law of the axial force of the foundation pit，which can provide a reliable basis to optimize the design and ensure construction safety.

Key words：foundation pit；support；monitoring；data analysis

隨著我國經濟的快速發展，城市化基礎建設的加快，城市軌道交通的規劃與建設也隨之躍上了一個新臺階。[1]地鐵車站作為軌道交通與其他通勤方式進行人流交換的重要樞紐，它的安全就顯得尤為重要。而深基坑是地鐵車站主體結構的基石，是整個車站建設過程中難度最大，危險性最高的部分，它不僅影響著地鐵的正常使用，還威脅著周邊建筑以及群眾的安全。一旦基坑出現安全事故，輕則使工程進度滯后，建設成本增加，重則危及周邊建筑與群眾，造成重大經濟損失和人員傷亡。在整個深基坑施工過程中，有效的監測和預警是維護深基坑穩定的重要手段之一，而支撐軸力的監測則是監測任務中的重中之重。因此，在整個深基坑開挖過程中，科學地分析支撐軸力的監測數據，得出支撐軸力的變化規律，對于判斷內支護系統穩定性、指導基坑工程安全施工，具有非常重要的意義[2-4]。

1 工程概況

本站為廈門市地鐵三號線創業橋站，全長約276.5m，車站主體采用典型的地下二層島式站臺設計，為單柱雙跨框架結構。其中基坑標準段寬約19.7m，深度約為16.81m，小里程端頭接盾構區間，深約18.50m，寬度為23.15m，頂板覆土約34m。車站周邊有密集建筑群圍繞，且與兩條主干道相鄰，為將基坑施工對周邊環境的影響降到最低，保證施工安全，車站主體采用明挖順筑法施工，主體圍護結構（如圖1所示）主要由鉆孔灌注樁 +3道內支撐組成。其中標準段內支撐共設三道，第一道支撐為砼支撐，間距9m，第二、三道均采用鋼管支撐，間距3m。基坑局部采用一道砼支撐+一道鋼支撐+一道預應力錨索的支護形式。圍護樁間埋有直徑800mm的三管旋噴樁作為止水帷幕，埋入到弱透水層以下1m。

2 支撐軸力監測方案

2.1 測點布置

支撐作為內支護系統的重要組成部分，承擔著維持基坑穩定，保證施工安全的責任。支撐軸力直觀地反映出圍護結構在基坑開挖時的內力變化，為準確地掌握內支護系統的受力情況，及時對異常監測情況進行預警，本次選擇工程情況較復雜的小里程端頭作為主要的研究對象，對具有代表性的支撐進行重點監測，軸力測點布置平面圖如圖2所示。

2.2 支撐設計

砼支撐相對于鋼管支撐具有變形小，水平受壓能力較強的特點，而深基坑兩側土壓力較大，第一道支撐需要承受的水平壓力也相對較大，故本站選用800×1000mm砼支撐作為支撐體系的第一道防線。基坑下部支撐承受的土壓力一般較小，因此選用Φ609，t=16mm鋼管支撐作為第二、三道支撐。鋼材作為一種理想的彈塑性材料，與混凝土相比最大的優勢是可以施加預應力，因此鋼支撐可以通過施加預加軸力來減小鋼支撐與圍護樁連接節點之間不可避免的施工間隙，消除支護系統的松弛。同時，施加預加軸力還可以有效地減少圍護樁的位移量，減小支護結構的變形，提高基坑內支護系統的穩定性。[5]故分別對第二、三道鋼支撐施加預加軸力。

3 監測數據分析

支撐軸力的變化直觀反映了支護結構的穩定性，間接地關系到基坑工程以及周邊建筑物的安全，為保障基坑工程能夠順利完成，本次通過對支撐軸力監測資料的研究，選取具有代表性的支撐進行科學的分析與研究，并結合實際工況，得出支撐軸力在基坑開挖過程中的變化規律，對基坑施工進行準確有效的指導。本文選取軸力ZCL-01和ZCL-02作為研究對象，對支撐軸力進行實時監測與分析。

（1）支撐軸力隨時間的變化趨勢如圖3、4所示，隨著基坑的不斷開挖，支撐軸力基本呈遞增趨勢。結合圖3、4和圖5可以得出，溫度變化對支撐軸力的變化有著較大的影響，除外力影響（基坑開挖深度、支撐的預加軸力、支撐的架設和拆除、圍護樁的變形、地表沉降、坑外水位變化）外，軸力的變化趨勢與溫度變化趨勢在一定程度上有著相似性。例如，4月1號至4月4號，施工現場工況無明顯進展，白天室外溫度比較高，最高氣溫達到30攝氏度，ZCL-01-02軸力出現較為明顯的增長，而ZCL-01-03則出現負值。初步分析是由于支撐熱傳導性較好，受熱膨脹，導致ZCL-01-01、ZCL-01-02支撐軸力增大；第一、二道支撐相對于第三道支撐來說，對支護結構的影響較大，因此ZCL-01-01、ZCL-01-02軸力增長較大導致圍護樁向基坑外發生側移，再加上第三道鋼支撐在施工的過程中預應力損失較大，導致第三道鋼支撐受到兩側的土壓力減小，軸力累計變化出現負值。

（2）由圖3、4可知，第一道砼支撐在架設初期，由于承受基坑兩側的土壓力，支撐軸力會迅速增大直至穩定，而在成功架設第二、三道鋼支撐之后，由于鋼支撐分擔了一部分土壓力，導致砼支撐軸力減小或增長趨勢放緩。在第三道鋼支撐拆除的過程中，兩側土體逐漸失去第三道支撐的支撐作用，土壓力重新分配到第一、二道支撐，導致短時間內第一、二道支撐軸力驟然增大，待第三道鋼支撐完全拆除之后，軸力變化趨于穩定。

（3）本次監測鋼支撐軸力均較小，最大值小于規范要求的控制值，表明鋼支撐是安全可靠的，同時說明了鋼支撐的設計可以進行優化，減少材料的浪費。從監測數據分析來看，支撐軸力的變化幅度在可控的范圍內，均未超過控制值，故判定基坑的圍護體系始終處于安全穩定的良好狀態。

4 結語

在基坑施工過程中，支撐軸力變化并不是單一不變的，其變化波動起伏但又存在一定規律，出現這種現象主要是由于外部環境、荷載、及現場施工情況等不斷變化。[6]因此，在整個監測過程中，應對支撐軸力進行實時監測，并記錄外部環境、現場施工進度等詳細信息，結合所記載信息對支撐軸力的變化進行科學嚴謹的分析，準確的預測基坑變形趨勢并及時提出預警，為基坑工程安全施工進行有效的指導。

參考文獻：

[1]董明星.談中國城市地鐵建設的現狀和發展戰略[J].城市建設理論研究，2015（35）：786-786.

[2]王學軍.沈陽地鐵黎明文化宮站后區間基坑施工鋼支撐軸力監測與分析[J].鐵道建筑，2007（4）：86-88.

[3]劉建航，侯學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[4]唐世強.地鐵深基坑支護體系內力及變形規律分析[J].鐵道建筑，2008（11）：35-39.

[5]陳春紅，吳明明，彭加強.深基坑鋼支撐預加軸力計算取值的影響分析[J].浙江建筑，2013（5）：43-45.

[6]劉新，林源，張軍，胡長明，梅源.某地鐵車站深基坑施工期維護結構及臨近建筑變形監測與分析[J].施工技術，2014（13）：55-58.