地鐵某坑中坑車站基坑開挖監測

簡焰坤

(廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060)

0 引 言

隨著我國城市化進程不斷的加快，城市軌道交通得到迅猛的發展，地鐵已成為各大城市的主要交通設施[1-3]。修建地鐵車站時容易遇到各種深基坑復雜工程，且大多屬于具有較大危險性的工程。然而對于基坑工程的安全性而言，影響因素多種多樣，因此必須對基坑工程的變形等進行監測和控制，以保證基坑工程的安全和質量[4-5]。

1 監測方案

某明挖法車站主體全長290.475 m，標準段和擴大段寬度分別為25 m和40 m，底板深度為17.6 m，為地下二層島式車站。車站北側為坑中坑型基坑，長90 m，寬30 m，內外坑最寬距離為10 m，最窄距離為3 m；外坑基坑深10 m，內坑基坑深9.1 m。

基坑支護設計方案如下所示：

根據基坑現場條件，采用明挖順作法進行車站施工，采用軍便梁鋪蓋的方式開挖局部中心里程處，其北側基坑形式為坑中坑型，采用鉆孔灌注樁的方式作為基坑圍護結構，并設置三道鋼管內支撐于基坑內。

1.1 標準段基坑支護方案

(1)按照1400 mm間距，布置800 mm樁徑的鉆孔灌注樁于基坑四周，設置1.4m×0.8 m的鋼筋混凝土冠梁于樁頂處，并使其兼做抗浮梁，噴射100 mm厚度的混凝土面層和設置A6.5@150×150 mm的鋼筋網片于樁間，作為噴錨網支護。

(2)按照間距為7 m和5.5 m的方式設置3道φ609、壁厚16 mm的鋼管作為水平鋼支撐于基坑內，并按照水平和縱向間距在3～4.5 m的范圍內設置斜撐于基坑陰角處。第一道鋼支撐按照6 m間距的方式，使兩端設置于冠梁上；第二和第三道水平支撐按照3 m間距的方式，使兩端設置于鋼圍檁上。

1.2 坑中坑型基坑支護方案

(1)按照1 400 mm的間距，布置樁徑為800 mm的鉆孔灌注樁于外坑側和內坑側基坑，設置1.4 m×0.8 m的鋼筋混凝土冠梁于樁頂，使其兼做抗浮梁，噴射100 mm厚度的混凝土面層和設置A6.5@150×150 mm的鋼筋網片于樁間，作為噴錨網支護。

(2)按照6 m的水平間距將一道水平鋼支撐布設于基坑外側，并使其支撐于冠梁；按照3 m的水平間距和5.5 m的豎向間距布置2道鋼支撐于基坑內側；第一道內支撐分別支撐為基坑內側的冠梁和標準段基坑的鋼圍檁；第二道支撐設置于鋼圍檁上。

1.3 基坑監測的內容和項目

(1)樁頂(體)水平位移和樁頂垂直位移分別采用全站儀和水準儀進行監測，監測范圍為沿基坑邊設3～4主測面，基坑長短邊的中線和基坑陽角邊，測點間距控制在基坑每邊>3個，測試精度控制在1.0 mm以內。

(2)地表沉降采用水準儀進行監測，布置范圍為基坑四周距坑邊10 m范圍內，按照5～10 m的間距布設測點，控制測試精度在1.0 mm以內。

(3)標準段基坑采用鋼筋砼支撐，采取預埋式混凝土軸力計；坑中坑型基坑采用鋼支撐，采取表面式軸力計，均使用振弦式讀數儀進行監測，分別布設在支撐端部或中部，在每個截面位置按照>4點的方式對稱布置測點。

上述方案量測時間間隔均相同，見表1。基坑監測點布置如圖1所示。

表1 量測頻率

圖1 基坑監測點布置示意圖

2 周圍建筑物沉降監測結果分析

在西北角大樓，環保局大樓，以及東北角大樓(既坑中坑周邊)選取17個測點布置。在東北角大樓距開挖基坑5 m、9 m以及18 m選取具有各自代表性的測點，描繪出位移監測曲線。如圖2所示。并在其余大樓測點中選取部分測點，根據開挖基坑的深度即監測順序選測點的沉降數值繪制成曲線，由于篇幅限制，本文僅列出部分數據，具體如圖3、圖4所示。

圖2 東北角大樓坑中坑周邊沉降位移曲線圖

從圖2可看出隨著基坑的開挖，坑中坑周圍的豎向位移不斷增加，且在距離基坑9 m處有最大沉降位移9.2 mm。而由于同基坑距離較近，在基坑周邊5 m和9 m處所受開挖基坑的影響較大，且具有相近的位移沉降趨勢，即前期開挖時出現小幅度隆起，中后期出現沉降，而5 m處的隆起和沉降位移變化量遠小于5 m處；在距基坑較遠的18 m處，所受開挖基坑的影響較小，沉降位移趨于基本平穩，波動值小于3 mm。

圖3 西北角大樓沉降位移曲線圖

圖4 環保局大樓沉降位移曲線圖

從圖3、圖4可看出，坑中坑周邊建筑物伴隨著基坑的開挖整體呈現出沉降趨勢。由于基坑開挖時土體的擾動，致使原有土體平衡遭到破壞，最為明顯的是土體的豎向位移變形，而后期由設置了內支撐，對坑中支撐力有所填補，對坑外的土體壓力產生一定的抵抗作用，對基坑支護結構的變形起到了一定的控制作用，使坑中坑周邊建筑的位移變形得到一定的有效控制。而由于采取了分段開挖的方式進行施工，使得不同建筑物的位移沉降趨勢有所不同。距離基坑較近的西北角大樓多為隆起狀態，且由于樓層較低，對周圍的擾動較小，整體隆起趨勢較??；在環保局大樓處由于距離基坑較遠，以及開挖基坑時的支護影響，使該處整體呈現較為平緩的沉降。該建筑物前期施工時均呈現出隆起狀態，然而隨著基坑的不斷開挖，向下沉降的幅度不斷增大，導致施工后期呈現出向下沉降的位移出現。建筑有附加應力在地基上，而支護樁外側的主動土壓力會由于附加應力而提高，在該種作用下，靠近建筑的樁體變化會有所增加，進而降低了樁后土壓力，距離基坑較遠的監測點的位移沉降量小于距基坑較近的監測點。

3 樁頂沉降和樁身位移監測

3.1 樁頂沉降監測結果

在基坑中選擇39根C01-CY4支護樁樁進行監測，并取坑中坑基坑中部外坑側C12和東北角部外坑側C13，基坑東側最窄處C14和東南角端部C17進行18次監測，并將所得數據繪制成位移曲線，如圖5所示。

圖5 樁頂沉降曲線圖

從圖5可看出，C12樁的橫撐具有較大的支撐力度，且縱向基坑處無土壓力存在，整體具有較大的位移變化量，且隨著基坑的開挖和內支撐的施加整體出現起伏趨勢；C13樁由于設置斜撐作為內支撐，且基坑跨度較小，在施工時損失了較大的預應力，樁頂具有較為平緩的沉降，無明顯的突變趨勢，穩定于0.1 mm處；在C14樁處由于施工為由東至西進行，因此施工并無造成較大的影響，故該處樁頂具有最小的位移量；C17樁處設置有部分斜撐，且坑邊堆載具有較大的變化情況，在初期和后期的監測中樁頂具有上升的突變位移，具有較大幅度的隆起變形情況，其余階段則保持在小幅度位移的穩定狀態。

3.2 樁身位移監測結果

監測基坑中的CX01-CX17共17根支護樁，按照間距為0.5 m的方式在每根樁樁頂到樁底設置監測點。其中選取三根較有代表性的樁的5次監測數據作分析，三根支護樁分別為CX07、CX13和CX15。數據分析如圖6～圖8所示。

圖6 CX07樁水平位移示意圖

圖7 CX13樁水平位移示意圖

圖8 CX13樁水平位移示意圖

從圖6～圖8可看出，支護樁樁身的水平位移隨著基坑的不斷開挖而不斷增大。在施工時，樁頂處有樁身的最大水平位移出現。當土體在開挖時，由于對原有土體產生一定的擾動，導致在施工前期的樁身水平位移有較大的增加速率；樁身的水平位移在施工后期則趨于穩定。CX13樁由于長達23 m，以及周圍環境的多變性，導致樁身變形具有較多的突變點；跟CX13樁相比，CX07和CX15樁的位移變化較為平穩，整體變形較為顯著。三根支護樁的水平位移最大值均出現在第五次監測中，其中CX07樁在距地面0.5 m處有最大位移出現，為7.90 mm；CX13樁在距地面2 m處有最大位移出現，為8.20 mm，CX15樁在距地面1 m處有最大位移出現，為10.15 mm。

4 內支撐軸力監測結果分析

選取坑中坑基坑處所設置的內支撐監測ZL11，ZL13位置的三層支撐軸力，其中第一層內支撐為ZL11-01和ZL13-01，第二層內支撐為ZL11-02和ZL13-02，第三層內支撐為ZL11-03和ZL13-03，軸力變化曲線如圖9所示。

圖9 內支撐軸力曲線圖

基坑外側土壓力的累計值隨著基坑開挖深度的增加而較大，由于支護樁的位移變形朝向坑內，導致有較大的端部荷載需由內支撐承受，不斷增大了三道內支撐的軸力。在施加新內支撐的時候，三層內支撐相互影響，土體對原有內支撐的壓力逐漸減小，軸力具有減小的突變趨勢，在新內支撐施加完成后趨于平穩。由于基坑具有較大的深度，第一和第二層內支撐具有較為穩定的軸力，且整體的變化較小，曲線較為平緩，在完工前期第三層內支撐的軸力較為平穩，而在完成施工的后期則有明顯的增大趨勢。ZL13-01處的內支撐由于坑頂處堆載較為長期，且周邊建筑物同基坑距離較近，應力較為擴散，致使該處第一層內支撐的軸力同ZL11-01處的內支撐軸力相比較大，而后期由于未能及時清除施工荷載等原因，導致該處的樁后主動土壓力進一步增加，為使樁后主動土壓力有所平衡導致該處內支撐軸力不斷增加。該處具有較為良好的下層土體，變形較小，ZL13-02處和ZL13-01處相比具有較小的軸力，在添加了第三層內支撐后，ZL13-01處的軸力得到緩解。

5 結 論

本文以某地鐵車站坑中坑型基坑工程為依托，通過對坑中坑新基坑樁-撐支護結構的變形以及受力進行分析研究，共得到以下結論：

(1)隨著基坑的開挖周邊建筑物的豎向位移不斷增加?；娱_挖對距離較近的建筑物影響較大，在位移前期有小幅度隆起趨勢，中后期則呈現出沉降的趨勢；基坑的開挖對距離較遠的建筑物影響較小，位移基本趨于平緩下沉趨勢。

(2)隨著基坑的開挖支護樁的水平位移不斷增大，樁頂處為最大位移。在設計時需增強支護樁的頂部整體性和強度。

(3)坑中坑型基坑三層內支撐相互作用，且軸力逐漸增大。第一和第二道內支撐的變化較小，整天較為穩定；在施工前期第三道內支撐較為穩定，而后期呈現出增大的趨勢，因此需對第三道支撐加強設計和后期監測。