濟南黃河隧道北岸始發井基坑變形監測分析

王超

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，南京 210000）

1 引言

基坑是構建地下空間工程的基礎工程，它關系到整個建筑工程的質量與安全[1-2]。然而，在基坑施工與服役期間，受基坑內外的土體變形、支護位移等因素的影響，基坑將發生變形，危害工程安全[3-4]。實時、全面且精準的基坑變形監測可幫助施工方及時了解基坑的變形情況，及時發現安全隱患，保障工程安全[5]。

2 工程概況

濟南黃河隧道北岸始發井基坑含盾構始發井與公鐵合建部分，周邊無密集建筑物，無管線。基坑寬度為34.14～50.0 m，長度為152.2 m，最大開挖深度約31.2 m。主體頂板覆土厚度約3.0 m，底板埋深為26.2～31.0 m。

工程場地位于沖積平原，局部微地貌單元系黃河河床，原始地形較平坦。根據鉆探揭露，地層主要為第四系全新統沖積、沖洪積粉質黏土、粉土、砂層及中生代燕山期晚期侵入巖輝長巖，表層局部為人工填土。工作井附近地下水埋深約1.10～1.70 m。地下水類型為第四系松散覆蓋層的孔隙潛水。工程的地質剖面如圖1 所示。

圖1 地質剖面示意圖

3 圍護結構形式

北岸始發井基坑工程圍護結構采用地下連續墻，其厚度為1.2 m，深度為47.0～51.5 m，順作法施工。地下連續墻及鉆孔灌注樁采用水下C35 鋼筋混凝土，在基坑開挖的范圍內，共設5～7 道支撐（混凝土支撐和鋼支撐組合使用）。

4 監測方案

本文針對濟南黃河隧道工程北岸工作井基坑的圍護結構做了相關監測設計，具體的監測項目和監測工作量見表1。

表1 監測項目和監測工作量

5 監測數據分析

本文對2018 年09 月03 日至2019 年06 月25 日基坑開挖與前期服役階段的工程現場監測數據進行分析。在上述階段內，基坑施工的主要內容與時間節點如表2 所示。

表2 基坑施工步驟與時間節點

限于篇幅，本節重點分析基坑開挖過程中，支護樁（墻）的頂水平位移、深層水平位移和混凝土支撐軸力3 項參數的變化規律，結果如下。

5.1 支護樁（墻）頂水平位移變化規律

墻頂水平位移的監測點是沿基坑中部、陽角處布置，共有25 個測點。其中，監測點ZQS01、ZQS22 分別位于東側墻體和西側墻體中部，監測點ZSQ23～ZSQ25 位于南側墻體并均勻分布。以上述監測點為例，分析墻頂水平位移的變化規律。所得結果如圖2 所示。

圖2 支護樁（墻）頂水平位移變化曲線

由圖2 可知，基坑開挖施工將引起支護樁（墻）體的變形，一旦開挖深度達到設計標高后，這種變形將開始逐步趨于穩定。基坑南側墻體的頂水平位移量普遍大于東側與西側墻體的頂水平位移量。另外，南側墻體頂靠近西部區域的水平位移量與靠近中部和東部區域的水平位移量相比較明顯要小。

5.2 支護樁（墻）深層水平位移變化規律

在本次監測期間內，支護樁（墻）深層水平位移變化顯著。本文共選取東側、西側和南側墻體中部的監測點CX01、CX22和CX24 進行分析，所得結果依次如圖3、圖4 和圖5 所示。隨著基坑開挖施工的進行，墻體側向位移量的變化顯著。其中，基坑的東側與西側墻體主要表現為整體向基坑外側移動（累計變化量為負值），兩側墻體的最大深層水平位移均在埋深約25 m 處。另外，基坑東側墻體的深層水平位移量明顯小于西側墻體的深層水平位移量。

圖3 支護樁（墻）深層水平位移變化曲線（東側CX01）

圖4 支護樁（墻）深層水平位移變化曲線（西側CX22）

圖5 支護樁（墻）深層水平位移變化曲線（南側CX24）

不同的是，基坑南側墻體整體表現出向基坑內側移動的趨勢（累計變化量為正值），最大深層水平位移在埋深約20 m處。且南側墻體的深層水平位移量普遍大于東、西兩側墻體的深層水平位移量。

綜上，支護樁（墻）的深層水平位移大小與支撐系統剛度、支護結構強度、實際地質狀況、開挖深度和地面超載等多種因素相關。了解支護樁（墻）的深層水平位移變化規律對判定基坑支護系統的安全性、穩定性和施工工藝的合理性是相當重要的。

5.3 混凝土支撐軸力變化規律

混凝土支撐軸力的監測借助于鋼筋計，通過連桿電焊的方式將鋼筋計與受力主筋連接。限于篇幅，本文以其中7 組監測點的監測數據，分析混凝土支撐軸力的變化規律，監測結果如圖6 所示。

圖6 混凝土支撐軸力變化曲線

基坑開挖施工時，挖一挖停一停，這種循環作業方式使得土壓力值會隨之反復，支撐軸力會相應不斷調整，而混凝土支撐所分擔的土壓力也將不停變化。在2018 年10 月25 日至2019 年01 月25 日期間混凝土支撐軸力明顯增大，表明基坑產生變形。但大多數監測點的支撐軸力在基坑開挖作業的中后期和服役期間，基本是在支撐軸力設計值的范圍內浮動。

6 結語

基坑變形監測對于控制基坑變形具有重要的指導價值，有助于維護基坑工程和其他建筑工程的安全狀態。本文以濟南黃河隧道北岸始發井基坑為工程背景，分析了其圍護結構的變形監測數據，得到以下兩點結論。

1）基坑的南側墻體基本向基坑內側移動，最大深層水平位移量在埋深約20 m 處；東、西兩側墻體整體向基坑外側移動，最大深層水平位移均在埋深約25 m 處。

2）基坑南側墻體的頂水平位移量和深層水平位移量較基坑東、西兩側墻體的頂水平位移量和深層水平位移量要大。