巨厚流塑狀淤泥質(zhì)地層區(qū)間隧道深基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響分析

王彥虎

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司，杭州 310007）

1 引言

溫州作為典型的軟土地區(qū)之一，其軟土不僅具有高壓縮性、低強(qiáng)度、靈敏脆弱、流塑狀等軟土普遍特點(diǎn)，還具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，并且長(zhǎng)期處于飽和流塑-軟塑狀態(tài)，使該地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境極為敏感、脆弱[1-4]。這種深厚軟土在工程建設(shè)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致在軟硬過(guò)渡段產(chǎn)生差異性沉降，深基坑施工期間稍有不慎，易引發(fā)基坑坍塌失穩(wěn)等工程事故。為了保證施工過(guò)程中的安全性，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)極為重要。

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析的方法對(duì)溫州巨厚流塑狀淤泥質(zhì)軟土地層中地鐵區(qū)間隧道深基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析，可以為類似地質(zhì)條件下深基坑工程施工提供數(shù)據(jù)參考，從設(shè)計(jì)與施工兩方面對(duì)此種地質(zhì)條件下采用何種結(jié)構(gòu)的圍護(hù)形式，以及施工過(guò)程中各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

溫州市市域鐵路S1線一期工程奧體中心站至永強(qiáng)站區(qū)間隧道工程，起止里程為DK34+448.0～DK36+083.11，路線全長(zhǎng)1 635.11 m，區(qū)間隧道采用明挖順做法施工，線路沿龍灣區(qū)內(nèi)圍墾路敷設(shè)，其間下穿3條河道，分別為遐福河、前房河及北洋河。深基坑施工位置如圖1所示。

圖1 深基坑施工位置示意圖（虛線區(qū)域）

工程所在地區(qū)的地質(zhì)為人工填土、淤泥土、黏土等。從地質(zhì)剖面可以看出，淤泥地層：標(biāo)高主要集中在1.51～-31.25 m，厚度30.53～32.59 m；黏土地層：面層標(biāo)高主要集中在-44.72～-43.56 m，厚度12.32～15.54 m；黏土地層：土面層標(biāo)高主要集中在-44.72 m以下。施工深度區(qū)域主要位于淤泥地層，試驗(yàn)獲得其液性指數(shù)和靈敏度都較高（液性指數(shù)IL=1.31屬于流塑狀態(tài)；靈敏度St=3.08屬于一般黏土）。

施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置示意圖如圖2所示，選取地表沉降觀測(cè)點(diǎn)32個(gè)，地連墻頂部沉降及水平位移點(diǎn)8個(gè)，地連墻深層水平位移監(jiān)測(cè)孔8個(gè)，地下水位監(jiān)測(cè)孔8個(gè)，混凝土支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)共4個(gè)。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置示意圖（部分）

3 監(jiān)測(cè)過(guò)程

本工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)與監(jiān)測(cè)工作緊隨工程施工進(jìn)度分段逐步開(kāi)展，周邊環(huán)境及圍護(hù)體監(jiān)測(cè)的實(shí)施一般在基坑圍護(hù)體開(kāi)挖施工前1周采集初始值，監(jiān)測(cè)期6個(gè)月，即自2017年3月24日開(kāi)始，至2017年10月24日止，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工工況和監(jiān)測(cè)頻次進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)果分析

4.1 地表沉降

從圖3地表沉降曲線圖分析可知：隨著基坑開(kāi)挖深度和暴露時(shí)間的增加，地表沉降量逐步增大，主要原因?yàn)榭觾?nèi)土體荷載卸除后坑外兩側(cè)土體向內(nèi)擠壓，因地連墻阻擋土體側(cè)向壓力部分轉(zhuǎn)換為向下位移的力造成地表下沉。

4.2 地連墻頂部變形

圖3地表沉降變化趨勢(shì)圖

圖4 給出了部分地連墻頂部變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況。由圖4分析可知，施工前期，地連墻出現(xiàn)了局部隆起的現(xiàn)象，最大隆起點(diǎn)位于QC18處，數(shù)值約為+15.38 mm。但是地連墻頂部的水平位移變化不大，位移最大值位于QW26處，數(shù)值約為14.69 mm。分析其主要原因?yàn)椋荷罨邮┕て陂g，由于基坑開(kāi)挖，土體內(nèi)部應(yīng)力得到緩慢釋放的過(guò)程，基坑兩側(cè)土體向坑底擠壓造成基坑底部土體先會(huì)發(fā)生一定的隆起現(xiàn)象，從而帶動(dòng)地連墻出現(xiàn)一定的隆起量，之后隨著時(shí)空效應(yīng)的轉(zhuǎn)變，最終緩慢下沉，但是由于第一道鋼筋混凝土支撐的存在，有效限制了地連墻頂部的水平位移，減小了圍護(hù)體系變形，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

圖4地連墻頂部變形趨勢(shì)圖

4.3 地連墻深層水平位移

圖5 給出了CX13、CX14地連墻墻體水平位移的變化情況。由圖可知，隨著基坑深度的增加，墻體向基坑內(nèi)側(cè)水平位移量逐步增大，變化量最大的部位基本處于基坑底部位置。其主要原因是坑外土體的側(cè)向壓力對(duì)地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力造成墻體向坑內(nèi)變形，隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，對(duì)應(yīng)位置產(chǎn)生的水平位移也逐步增大，最終變化量最大位置基本處于基坑底部位置。

圖5 地連墻水平位移變化趨勢(shì)圖(CX13、CX14)

4.4 混凝土支撐軸力

表1給出了該區(qū)段混凝土鋼筋計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)期從2017年3月24日至4月24日。表中數(shù)據(jù)正值表示受壓，負(fù)值表示受拉。由表1可知，最大壓力變化發(fā)生在ZH4處，數(shù)值為989.6 kN，最大拉力變化發(fā)生在ZH5處，數(shù)值為-870.6 kN。其主要原因是基坑開(kāi)挖引起周邊土體應(yīng)力狀態(tài)改變，并逐步傳導(dǎo)至混凝土支撐梁上，從而引起混凝土支撐梁內(nèi)力狀態(tài)的變化，可能存在受壓或者受拉的狀態(tài)。

表1 混凝土鋼筋計(jì)內(nèi)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄表

4.5 坑外地下水位

圖6給出了部分坑外地下水位隨時(shí)間的變化曲線圖。從圖6可以看出，隨著時(shí)間的增大，地下水位不斷緩慢下降，最大的水位沉降約為-412.92 mm，對(duì)周邊環(huán)境的影響不大。分析其主要原因?yàn)椋嚎觾?nèi)進(jìn)行降水會(huì)對(duì)坑外水位造成一定的影響，由于地下連續(xù)墻的隔水、止水效果較好，基坑開(kāi)挖施工對(duì)周邊地下水的影響較小。具體表現(xiàn)地下水位下降不大。

圖6 基坑外部地下水位變化趨勢(shì)圖

5 結(jié)論

本文對(duì)溫州軟土地層地鐵區(qū)間隧道深基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析，主要包括：地表沉降分析，地連墻頂部變形分析，地連墻深層水平位移分析，混凝土支撐軸力分析，坑外地下水位分析等，總結(jié)如下：

1）由于基坑開(kāi)挖卸載和暴露時(shí)間增加，周邊地表也出現(xiàn)了一定的沉降，最大累計(jì)沉降量約-23.60 mm。同時(shí)地下水位監(jiān)測(cè)表明，施工期間坑外地下水位出現(xiàn)了一定程度的下降，最大累計(jì)沉降量約-412.92 mm，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)值均未超設(shè)計(jì)預(yù)警值。

2）地連墻深層水平位移監(jiān)測(cè)表明，施工期間地連墻水平位移最大累計(jì)值約34.62 mm，監(jiān)測(cè)指標(biāo)未超設(shè)計(jì)預(yù)警值。

3）混凝土支撐軸力變化較小，均未超過(guò)設(shè)計(jì)的預(yù)警值。表明該區(qū)間隧道采取地下連續(xù)墻支擋圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)可以使得基坑開(kāi)挖處于安全可控狀態(tài)。